ГНИНП-11-239-92. Руководство по учету колебаний уровня при топографической съемке шельфа и внутренних водоемов

(утв. и введено в действие Приказом Минэкологии России от 15.06.1992 № 57п)

от 15 июня 1992 г. № 57п

МИНИСТЕРСТВО ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КОМИТЕТ ПО ГЕОДЕЗИИ И КАРТОГРАФИИ

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ, КАРТОГРАФИЧЕСКИЕ ИНСТРУКЦИИ, НОРМЫ И ПРАВИЛА

РУКОВОДСТВО ПО УЧЕТУ КОЛЕБАНИЙ УРОВНЯ ПРИ ТОПОГРАФИЧЕСКОЙ СЪЕМКЕ ШЕЛЬФА И ВНУТРЕННИХ ВОДОЕМОВ

ГНИНП-11-239-92

Обязательно для всех предприятий, организаций и учреждений Комитета по геодезии и картографии Министерства экологии и природных ресурсов Российской Федерации.

Утверждено председателем Комитета по геодезии и картографии 15 июня 1992 года.

Настоящее Руководство развивает действующую систему нормативно-технических актов Комитета по геодезии и картографии Министерства экологии и природных ресурсов Российской Федерации в соответствии с общими требованиями Основных положений по созданию топографических карт шельфа и внутренних водоемов (М., ЦНИИГАиК, 1988 г.).

В Руководстве излагается методика учета колебаний уровня воды по данным уровенных наблюдений на приливных и неприливных морях, озерах и водохранилищах, с целью получения поправок за уровень к измеренным глубинам при съемке подводного рельефа для вычисления отметок дна в Балтийской системе высот в процессе создания топографических карт шельфа и внутренних водоемов.

Руководство составлено с учетом современных теоретических и практических разработок методов учета колебаний уровня и предназначено для широкого круга специалистов предприятий геодезической отрасли и других организаций, выполняющих съемку на акваториях.

Руководство разработано в Центральном научно-исследовательском институте геодезии, аэросъемки и картографии им. Ф.Н. Красовского Э.Н. Акоповым, Н.Д. Коломийчуком, А.И. Кощеевым и С.В. Малаховым при участии Э.Ф. Бахваловой, Е.В. Епишевой, И.В. Меньшикова и Н.О. Федотовой.

Утверждено и вводится в действие с 1 октября 1992 г., Приказом Госгеодезии СССР от 15 июня 1992 г. № 57п.

ВВЕДЕНИЕ

Сложная проблема достоверного учета колебаний уровня решается в настоящее время методами, которые уже не могут полностью удовлетворять требованиям обеспечения топографической съемки шельфа. За последнее десятилетие опубликованы отдельные теоретические исследования по определению элементов прилива и поправок для приведения глубин к единой уровенной поверхности. Среди них выделяются труды В.И. Пересыпкина и Н.Д. Коломийчука по учету колебаний уровня при гидрографических исследованиях. Разработка и структурное описание технологического процесса учета колебаний уровня воды для обеспечения топографической съемки шельфа и внутренних водоемов в ЦНИИГАиК выполнена А.И. Кощеевым.

Настоящее Руководство содержит практические рекомендации по методам определения высотного положения уровенной поверхности воды и учета колебаний уровня на участке акватории при съемке подводного рельефа с целью получения поправок к измеренным глубинам и вычисления отметок дна в Балтийской системе высот. Приводятся необходимые сведения по определению нуля глубин морских карт и карт внутренних водных путей на воды СССР, позволяющие согласовать элементы их высотной основы с топографическими картами.

Содержащиеся в Руководстве требования и методы работ являются развитием и дополнением нормативных актов Госгеодезии СССР по высотному обоснованию съемочных работ на акваториях, производству и обработке наблюдений над уровнем для получения значений глубин и отметок дна при составлении съемочных оригиналов топографических карт шельфа и внутренних водоемов.

1. ОБЩИЕ ПОЯСНЕНИЯ

1.1. Основные сведения о колебаниях уровня, элементы приливов и их классификация, отсчетные горизонты.

1.1.1. Уровнем моря или, применительно к любому водному объекту, уровнем воды называют высоту поверхности моря (воды) относительно условного горизонта, свободную от влияния ветровых волн и зыби.

1.1.2. Мгновенным уровнем, или рабочим уровнем является реальное высотное положение физической поверхности водного объекта в момент измерений глубин или высот подводных и надводных объектов.

1.1.3. Колебания уровня моря разделяются на периодические, непериодические, быстротечные и вековые — на внутренних водоемах учитываются колебания уровня воды абсолютные и относительные.

1.1.3.1. Периодические колебания уровня — колебания уровня, происходящие с определенным периодом (полусуточным, суточным, месячным, сезонным, годовым и т.п.).

Приливы — периодические колебания уровня океанов и морей, вызванные воздействием гравитационных сил ближайших к Земле небесных тел — Луны и Солнца, называемых приливообразующими силами.

Термин приливы применяется для краткости вместо термина приливо-отливные колебания уровня.

1.1.3.2. Непериодические колебания уровня вызываются гидрометеорологическими факторами. К ним относятся: сгонно-нагонные колебания уровня — изменения уровня воды под действием ветра и атмосферного давления; сейшевые колебания уровня — свободные колебания замкнутого или полузамкнутого объема воды, происходящие по инерции после прекращения действия вынуждающей их внешней силы (ветра, резкого изменения атмосферного давления, сейсмических толчков и др.), без распространения профиля волны по поверхности водоема.

1.1.3.3. Быстротечные колебания уровня происходят под воздействием ветровых волн и зыби. Величина этих колебаний зависит от изменения формы и элементов волн.

1.1.3.4. Вековые колебания проявляются в медленном и длительном повышении или понижении уровня. К ним относятся колебания уровня эвстатические — изменения уровня Мирового океана, связанные с изменением объема воды в нем, и геокритические изменения объема океанических впадин под влиянием эндогенных факторов.

1.1.3.5. Абсолютные колебания уровня — колебания уровня воды, обусловленные изменением объема водоема за определенный интервал времени. На водохранилищах с неравномерным режимом работы гидроузлов выделяют колебания уровня относительные.

1.1.3.6. Величиной колебаний уровня называют разность между наибольшей и наименьшей высотами уровня воды за определенный период времени.

1.1.4. Элементы приливов. Приливом называется подъем уровня при прохождении приливной волны от момента малой воды (МВ) до момента полной воды (ПВ), а отливом — его падение от момента ПВ до момента МВ. Полная вода (ПВ) — максимальный уровень в продолжении одного периода прилива, малая вода (МВ) — минимальный уровень в продолжении одного периода прилива.

Период прилива — интервал времени между двумя последовательными полными или малыми водами.

Величина прилива — разность высот уровней смежных полной и малой воды.

1.1.4.1. Средняя величина прилива — разность средних высот полных и малых вод за период наблюдений. Если величина прилива составляет более 10 см, то море или его часть теоретически считается приливным. Однако в практике работ по созданию топографических и морских карт в нашей стране при установлении отсчетного горизонта в качестве нуля глубин к приливным морям относятся такие, на которых средняя величина прилива равна или более 50 см. Все остальные моря и акватории относятся к неприливным.

1.1.4.2 Амплитуда прилива равна половине величины прилива.

1.1.4.3. Неравенства приливов — отклонения времен наступления полных и малых вод и величин прилива от их средних значений в месте наблюдений.

Суточные неравенства характеризуются неравенством по высоте двух смежных полных и малых вод в течение суток и неравенством во времени падения уровня от ПВ до МВ, а также времени роста от МВ до ПВ. Суточные неравенства зависят от склонения Луны и Солнца и наиболее сильно выражены в смешанных приливах.

Полумесячные неравенства связаны с изменением фаз Луны в течение месяца. В сизигию (в новолуние и полнолуние) величины приливов наибольшие, а в квадратуру (в первую и последнюю четверти Луны) — наименьшие. Вследствие влияния физико-географических условий наибольшие приливы наступают позднее момента сизигии через интервал времени, который называют возрастом полусуточного прилива.

Неравенства в зависимости от склонения Луны в течение месяца характерны для суточных приливов. При наибольшем склонении Луны приливы достигают наибольшей величины и носят название тропических. При склонении Луны, равном нулю (на экваторе), величины приливов наименьшие и называются экваториальными (или равноденственными). Интервал времени между наибольшим склонением Луны и последующим наибольшим суточным приливом называется возрастом суточного прилива.

Параллактические неравенства прилива обусловлены изменением расстояния от Земли до Луны и от Земли до Солнца. При наименьших расстояниях от Земли до Луны и Солнца приливы наибольшие, а при наибольших расстояниях — наименьшие.

1.1.5. Основные элементы приливных колебаний уровня моря показаны на рис. 1, где приведен график смешанного прилива за одни сутки.

при смешанном приливе

h_{\text{НПВ}} — высота низкой полной воды;

h_{\text{ВМВ}} — высота высокой малой воды;

h_{\text{НМВ}} — высота низкой малой воды;

A_{0} — средний многолетний уровень (СМУ);

m — отсчет СМУ от нуля поста;

L — отстояние НТУ относительно СМУ;

N — наинизший теоретический уровень (НТУ);

n — отсчет НТУ от нуля поста;

F_{\text{Б}} — большая амплитуда прилива за сутки (F_{\text{Б}} = h_{\text{ВПВ}} - m) ;

F_{\text{М}} — малая амплитуда прилива за сутки (F_{\text{М}} = h_{\text{НПВ}} - m) ;

M_{\text{Б}} — большая величина прилива за сутки (M_{\text{Б}} = h_{\text{ВПВ}} - h_{\text{НМВ}}) ;

M_{\text{М}} — малая величина прилива за сутки (M_{\text{М}} = h_{\text{НПВ}} - h_{\text{ВМВ}}) ;

T_{\text{Р}} — время роста — интервал времени от момента МВ до момента ПВ (T_{\text{Р}} = t_{\text{ПВ}} - t_{\text{МВ}}) ;

T_{\text{П}} — время падения — интервал времени от момента ПВ до момента МВ (T_{\text{П}} = t_{\text{МВ}} - t_{\text{ПВ}}) ;

T — период прилива — интервал времени между двумя последовательными полными и малыми водами;

T_{\text{Л}} — лунный промежуток — разность между временем кульминации Луны на меридиане наблюдателя (t_{\text{К}}) и временем наступления ближайшей полной воды (T_{\text{Л}} = t_{\text{ПВ}} - t_{\text{К}}) .

1.1.6 Классификация приливов. В основу классификации положены признаки, определяющие характер прилива:

• закономерности в следовании прилива и отлива в течение суток;
• период прилива или количество полных и малых вод в лунные сутки <*> или меняющийся период в течение половины лунного месяца;

<*> Лунные сутки — интервал времени между двумя последовательными одноименными кульминациями центра диска Луны на одном и том же меридиане. Средняя продолжительность лунных суток в средних солнечных единицах времени равна приблизительно 24 ч 50 мин.

• характер неравенства прилива;
• симметрия в нарастании и спаде уровня.

1.1.6.1 По характеру приливы различают:

• полусуточные (П) — приливы с периодом приблизительно в половину суток, т.е. имевшие в продолжение суток две полных и две малых воды; высоты смежных полных и смежных малых вод отличаются мало, т.е. суточные неравенства отсутствуют;
• суточные (С) — приливы с периодом приблизительно в одни сутки, т.е. имеющие в продолжение суток одну полную и одну малую воду;
• неправильные полусуточные (НП) — полусуточные приливы, у которых при наибольшем склонении Луны наблюдаются значительные суточные неравенства, т.е. вторые полные и малые воды выражены очень слабо;
• неправильные суточные (НС)- суточные приливы, у которых при склонении Луны, близком к нулю появляются вторые полные и малые воды в сутки.

Неправильные приливы (НП) и (НС) называют смешанными.

1.1.6.2. Формальным критерием для определения характера приливов служат значения отношений суммы средних амплитуд H главных суточных составляющих волн прилива \text{К}_{1} и \text{О}_{1} , к средней амплитуде главной лунной полусуточной волны \text{М}_{2} , указанные в таблице 1 с учетом сизигии и склонения Луны (N).

Таблица 1

Приливы, наблюдающиеся в период квадратур, т.е. когда Луна находится в первой и последней четвертях, называют квадратурными. В период сизигий, т.е. в полнолуние и новолуние приливы называют сизигийными.

Кроме этого, различают приливы экваториальные, тропические и параллактические, в зависимости от прохождения Луны в зоне тропиков, через экватор или через перигей, соответственно.

1.1.7. Прогнозирование приливов возможно на основе метода гармонического анализа и по негармоническим постоянным.

Гармонический анализ приливов — представление кривой изменения уровня приливов в виде составляющих волн приливов, каждая из которых имеет характер простого гармонического колебания вида Rcos(qt - \zeta) , где R — амплитуда волны, q — угловая скорость волны, \zeta — начальная фаза волны, t — среднее солнечное время. Характеристика главных составляющих волн прилива приводится в таблице 2.

Амплитуду волны R можно заменить произведением fH, где H — средняя амплитуда волны, зависящая от местных физико-географических условий и постоянная для данного пункта;

f — редукционный множитель, зависящий от астрономических условий и рассчитываемый по законам движения светил.

Целью гармонического анализа приливов является получение гармонических постоянных амплитуд H и углов положения g, зависящих от местных условий и вычисляемых, как правило, из 30-суточной серии ежечасных наблюдений за уровнем моря.

1.1.7.1. Негармонические постоянные — характеристики особенностей приливов в данном пункте. Негармоническими постоянными условились называть величины, которые, оставаясь стабильными в каждом пункте, позволяют оценивать характер прилива в целом по его внешним суммарным закономерностям. Они попользуются преимущественно для проектирования высотного обоснования, для общей характеристики приливов и приближенного их предсказания. В случае правильных полусуточных проливов, а также на прибрежных участках шельфа, где заметно сказываются мелководные составляющие, предвычисления по негармоническим постоянным нередко оказываются более надежными и всегда более простыми.

С помощью негармонических постоянных успешно решаются задачи определения пределов действия УП, определения СМУ на временных УП и высот мгновенного уровня способом полуприлива.

Негармонические постоянные принято делить на три основные группы:

• постоянные, оценивающие временные особенности прилива и выражаемые в единицах времени;
• постоянные, оценивающие величину приливов и выражаемые в линейных единицах высоты;
• постоянные, характеризующие отношения отдельных элементов прилива и выражаемые в отвлеченных единицах.

К первой группе относятся:

• прикладные часы;

• время роста и падения уровня;

• Лунным промежутком называют отрезок времени между моментом верхней кульминации Луны в пункте наблюдений и моментом наступления ближайшей полной воды.

Средний прикладной час соответствует величине среднего из лунных промежутков не менее чем за половину лунного месяца.

Прикладной час пункта — средний из лунных промежутков в полнолуние и новолуние (сизигии) при среднем расстоянии Земли и Луны от Солнца.

Возрастом полусуточного прилива называют промежуток времени от сизигии (полнолуния или новолуния) до момента наступления наибольшей величины сизигийных приливов.

Возрастом суточного прилива называют промежуток времени от момента достижения Луной максимального склонения до момента наступления наибольшей величины тропических приливов.

Возраст параллактического прилива определяется промежутком времени от момента прохождения Луны через перигей до момента наступления приливов с наибольшей амплитудой.

Время роста представляется промежутком времени от момента малой до момента полной воды и определяется как среднее арифметическое за 15 или 30 суток.

Время падения определяется как промежуток от момента полной воды до последующего момента малой воды.

Поправки времен полной или малой воды получают как среднюю разность моментов наступления соответствующих вод на сравниваемых уровенных постах.

Ко второй группе негармонических постоянных относятся:

• средняя высота полных вод (ПВ);
• средняя высота малых вод (МВ);
• средняя высота высоких полных вод сизигийного прилива (\text{С}_{\text{СЗ}}\text{ПВ}) ;
• средняя высота низких малых вод сизигийного прилива (\text{С}_{\text{СЗ}}\text{МВ}) ;
• средняя величина полусуточного прилива (СВ);
• средняя величина сизигийного прилива (\text{СВ}_{\text{СЗ}}) ;
• средняя величина квадратурного прилива (\text{СВ}_{\text{КВ}}) .

В третью группу включают отношения между амплитудами основных волн прилива H_{i} , полученными на основе гармонического анализа:

\frac{H_{\text{К}_{1}} + H_{\text{О}_{1}}}{H_{\text{М}_{2}}} ,

\frac{\sum \text{суточное}}{\sum \text{полусуточное}} ,

\frac{H_{S_{2}}}{H_{\text{М}_{2}}} ; \frac{H_{N_{2}}}{H_{\text{М}_{2}}} .

1.1.7.2 К основным негармоническим постоянным относятся:

• средние прикладные часы;
• средние и экстремальные величины приливов;
• среднее время роста и падения уровня;
• возраст полусуточного и суточного приливов.

Значительно реже, главным образом для навигационных целей, используются другие величины.

1.1.8 Отсчетные горизонты

За нуль для отсчета абсолютных высот в Балтийской системе принят нуль Кронштадтского футштока, а соответствующая ему постоянная уровенная поверхность является исходной для отсчета отметок дна на топографических картах шельфа и внутренних водоемов. Уровень нуля Кронштадтского футштока соответствует среднему многолетнему уровню за период 1825 — 1940 гг. по наблюдениям на вековом уровенном посту в г. Кронштадте.

а) на приливных морях или на участках акваторий со средней величиной прилива, равной или превышающей 50 см — наинизший уровень, возможный по астрономическим причинам, который называют наинизшим теоретическим уровнем (НТУ);

1.2. Общие требования к измерениям уровня

Уровенный пост (УП) — место на водном объекте, предназначенное для производства постоянных или эпизодических наблюдений за колебанием уровня, оборудованное постовыми устройствами, включающими средства измерений высоты уровня (реечного или свайного типа или самописцы уровня) и репера уровенного поста.

Различают пост уровенный:

вековой фундаментально оборудованный пост, на котором наблюдения ведутся в течение неограниченного времени;

постоянный — оборудованный для производства непрерывных многолетних наблюдений;

дополнительный — устанавливаемый в районе работ на определенный срок с целью выполнения дополнительных наблюдений, необходимых для определения нуля глубин;

временный — устанавливаемый в районе работ на время их производства с целью приведения измеренных глубин к нулю глубин;

передвижной — выставляемый на участке промера и последовательно переносимый с одного участка на другой.

Рис. 2. Взаимосвязь отсчетных горизонтов уровней при определении отметки дна H

F — мгновенный уровень моря (озера); "0"_{\text{БС}} — нуль Кронштадтского футштока, (БС — Балтийская система высот); 0 — единый нуль уровенных постов (-5,000 м в БС); h — превышение нуля поста относительно репера; h_{\text{БС}} — превышение "0"_{\text{БС}} относительно репера; H_{\text{о}} — отсчет по рейке поста, соответствующий "0"_{\text{БС}} ; f — отсчет по рейке мгновенного уровня;

\Delta Z_{f} — поправка за уровень в момент измерения глубины;

1.2.1. Измерения колебаний уровня на уровенных постах, регламентируемые требованиями настоящего Руководства, предназначены для обеспечения высотного обоснования съемочных работ на акваториях в целях создания топографических карт шельфа и внутренних водоемов. Основные положения по учету колебаний уровня согласованы с аналогичными задачами по обеспечению составления морских карт.

1.2.2. Материалы фактических наблюдений за уровнем на постоянных и дополнительных постах Управления по гидрометеорологии и контролю природной среды могут быть использованы для высотного обоснования съемочных работ при наличии сведений о контрольном нивелировании постовых устройств и привязке реперов поста к государственной нивелирной сети.

1.2.3. Наблюдения на уровенных постах должны производиться относительно неизменного за период наблюдений условного горизонта, называемого нулем поста. Нуль поста назначается ниже уровня самой малой воды на данном участке и надежно закрепляется береговыми реперами.

На уровенных постах Управления по Гидрометеорологии и контролю природной среды высота уровня моря регистрируется относительно так называемого единого нуля постов моря.

На морях СССР, имеющих связь с океанами, за единый нуль постов Управления по гидрометеорологии и контролю природной среды принимается горизонт, лежащий на 5,000 и ниже нуля Кронштадтского футштока, т.е. горизонт минус 5,000 м, а на морях: Каспийском — минус 28,000 м, на Аральском — плюс 51,494 м.

На озерах и водохранилищах за нуль поста рекомендуется считать горизонт, принятый на уровенных постах Управления по гидрометеорологии и контролю природной среды, а при отсутствии их назначают свой нуль поста. При этом нуль поста должен быть единым для всего водоема.

1.2.4. Требования к точности наблюдений и возможности использования тех или иных приборов зависят от гидрологических и физико-географических условий района, в котором ведутся съемочные работы. Из гидрологических условий необходимо прежде всего учитывать величину и характер колебаний уровня <*>.

<*> Наиболее существенные колебания уровня имеют место на морях с приливами, где периодические повышения и понижения уровня составляют 10 — 30 см в ч (при величине прилива 0,5 — 7 м соответственно). На морях без приливов значительные изменения уровня наблюдаются в периоды нагонов и сгонов (достигая 30 — 40 см в ч).

Поэтому требуемая точность измерений должна определяться величиной колебаний, характером постановки задачи, отраженной в техническом проекте, и заданной точностью измерения глубин.

В общем случае погрешность измерений колебаний уровня, без учета погрешностей привязки постовых устройств (нуля поста) должна быть не более 0,1 м.

1.2.5. Отсчеты уровня по рейке необходимо производить с точностью 2 см на морях и 1 см — на внутренних водоемах.

Погрешность срока наблюдений не должна превышать 2 мин.

1.2.6. Наблюдения на уровенных постах следует вести во время производства съемочных работ, и в течение всего периода времени, которое необходимо:

• для приведения измеренных глубин к установленному нулю глубин;
• для передачи установленного нуля глубин с постоянных (дополнительных) постов на временные методом водного нивелирования или методом сравнения соответственных высот.

1.2.7. На морях без приливов, на всех постах, не имеющих самописцев, наблюдения за уровнем должны производиться в сроки 0, 6, 12 и 18 часов гринвичского (всемирного) времени T_{\text{ГР}} , что соответствует — 2, 8, 14, 20 часам московского времени в зимний период (T_{\text{МЗ}}) , — 3, 9, 15 и 21 часам московского времени в летний период (T_{\text{МЛ}}) .

1.2.7.1. В соответствии с постановлением Кабинета министров СССР от 4 февраля 1991 года на всей территории СССР действует нормальное поясное время с ежегодным дополнительным переводом часовой стрелки в последнее воскресенье марта, в 2 часа на 1 час вперед (летнее время) и в последнее воскресенье сентября, в 3 часа на 1 час назад (зимнее время).

T_{\text{ПЛ}} = T_{\text{ГР}} + (N\text{пояса} + 1^{\text{ч}}) (1.2.1)

T_{\text{ПЗ}} = T_{\text{ГР}} + N\text{пояса} (1.2.2)

Московское время вычисляется по формулам

зимнее . . . . . . . . T_{\text{МЗ}} = T_{\text{ГР}} + 2^{\text{ч}} (1.2.3)

летнее . . . . . . . . T_{\text{МЛ}} = T_{\text{ГР}} + 3^{\text{ч}} (1.2.4)

1.2.7.2. Во время больших сгонов и нагонов воды, когда изменения уровня за 1 час превышает 0,1 м, наблюдение за уровнем необходимо производить ежечасно.

1.2.8. На морях с приливами, в том числе и на тех отдельных участках, где средняя величина прилива менее 0,5 м, на всех постах, не имеющих самописцев, наблюдения за уровнем должны производиться ежечасно с указанием времени наблюдений (местное, поясное, московское, гринвичское).

Если величина прилива равна или более 1 м, наблюдения около момента полных и малых вод необходимо вести через каждые 10 мин, в течение получаса до и после каждой полной и малой воды.

1.2.9. На внутренних водоемах, на всех постах, не имеющих самописцев, наблюдения за уровнем должны производиться в 0, 6, 12 и 18 часов гринвичского (всемирного) времени.

В случаях, когда изменение уровня за 1 час превышает 0,1 м (сгон и нагон воды, паводок и т.п.), наблюдения за уровнем необходимо производить ежечасно.

1.2.10. Если установленная серия непрерывных наблюдений на временных уровенных постах закончена, то дальнейшие наблюдения могут вестись только в часы выполнения съемки в сроки, указанные в п. 1.2.7 и 1.2.9, а также в начале и конце рабочего дня.

1.2.11. В случае выполнения съемки в районах с глубинами более 200 м за пределами действия береговых уровенных постов наблюдения за колебаниями уровня могут не производиться, если при этом средние величины изменений уровня под влиянием приливных и сгонно-нагонных колебаний не превышают 1% измеренных глубин.

1.2.12. Если максимальная разность превышений мгновенных уровней у берега и в открытой части под влиянием сгонно-нагонных и приливных колебаний превышает 1% от глубины, необходимо устанавливать уровенный пост открытого моря. На обширных акваториях, где не удается установить необходимое количество уровенных постов, при одинаковом характере прилива, равномерном изменении величин и фаз приливных колебаний и подобных непериодических колебаний, высоты уровня определяют способами, основанными на принципах интерполирования и прогнозирования в пределах контура, ограниченного тремя и более близлежащими уровенными постами.

1.2.13. Учет колебаний уровня необходим также при определении надводных и подводных объектов, положения береговой линии и осушки. При показе на картах масштаба 1:100000 и крупнее надводных объектов их высота дается от СМУ для морей с величиной прилива до 0,5 м и от уровня полной воды для морей с приливами свыше 0,5 м. Подводные объекты характеризуются глубиной от среднего многолетнего уровня или НТУ соответственно, либо относительной высотой от грунта.

1.3. Требования к составлению технических заданий и программ наблюдений за колебаниями уровня

1.3.1. Техническое задание на наблюдение за колебаниями уровня должно соответствовать требованиям Инструкции по созданию топографических карт шельфа и внутренних водоемов, а также содержать сведения о предполагаемых местах установки уровенных постов. В техническом задании предусматривается ознакомление исполнителей с организацией работ по учету колебаний уровня на объекте, материалами высотного обоснования, их обработкой и контролем.

К техническому заданию должны быть приложены подписанные главным инженером картосхемы размещения проектируемых уровенных постов и схем высотной привязки, с указанием класса геометрического нивелирования и другой необходимой информации, а также все материалы ранее выполнявшихся работ и сведения по существующим постам, расположенным в районе съемки.

1.3.1.1. При составлении технического задания рекомендуется руководствоваться формой, приведенной в Приложении 1.

Если нет возможности определить необходимые требования без рекогносцировочных или специальных работ (разработок), которые должны быть обоснованы на натурных материалах (например, гармонические постоянные, СУМ, превышение нулей постов и др.), в техническом задании должно быть указано, какая проектная задача решается первой, какие материалы необходимы для ее решения и когда будет подготовлено дополнение к техническому заданию, содержащее недостающие сведения.

1.3.2. Программа измерений колебаний уровня составляется в соответствии с техническим заданием на комплекс работ по учету колебаний уровня для приведения измеренных глубин к установленному нулю, а при необходимости для передачи установленного нуля глубин с постоянных постов на временные методами сравнения или водного нивелирования.

В отдельных разделах программы перечисляются разработанные мероприятия, обеспечивающие весь комплекс работ по учету колебаний уровня; основные требования к организации, технологии производства и безопасности ведения работ.

В программе должны быть указаны сведения о ближайших населенных пунктах, путях сообщения, средствах связи, условиях получения на месте ГСМ, условиях снабжения продовольствием, медицинском обслуживании. По организации отдельных видов работ определяется их объем и последовательность выполнения, количество необходимого снаряжения, перечень инструментов, оборудования, материалов, а также прилагается календарный план работ.

1.3.2.1. Программа является организационно-методическим документом, регламентирующим производственную деятельность исполнителей. Она устанавливает состав, объем и методику измерений и обработки, обеспечивающих учет колебаний уровня в требуемых для съемки объекта пределах, мероприятия по охране труда. В программе поясняется, с помощью каких методов и какими средствами могут быть получены указанные в техническом задании материалы высотного обоснования съемки.

1.3.2.2. Программа уровенных наблюдений составляется экспедициями на основе технического задания заказчика и утверждается начальником экспедиции.

1.3.2.3. Программа должна составляться после сбора всех необходимых материалов. В случае, когда собранных материалов недостаточно для решения проектных задач без выполнения дополнительных измерений, необходимо составить дополнение к техническому заданию, которое должно быть согласовано с заказчиком и включать стоимость этих работ.

1.3.2.4. При выполнении полевых работ может возникнуть необходимость уточнения или изменения программы. Эти изменения должны согласовываться с заказчиком только в том случае, когда изменения и дополнения программы приводят к повышению их стоимости или увеличению продолжительности наблюдений.

1.3.2.5. В отдельных случаях допускается составление сокращенной программы. Сокращенную программу, как правило, следует составлять при выполнении съемочных работ в районах с хорошо развитой сетью уровенных постов.

1.4. Оформление разрешений на установку уровенных постов и регистрация уровенных постов

1.4.1. При выполнении измерений колебаний уровня на специально открываемых временных постах согласно сложившейся практике (по аналогии с топографической съемкой) разрешения на производство наблюдений оформляются экспедицией.

1.4.2. На производство уровенных наблюдений необходимо разрешение территориальных Управлений по гидрометеорологии и контролю за качеством среды.

1.4.3. Порядок выдачи разрешений на производство уровенных наблюдений изложен в Инструкции о порядке выдачи разрешений на производство работ в области гидрометеорологии, передачи результатов этих работ в Гидрометфонд СССР и о порядке создания новых гидрометеорологических органов министерствами и ведомствами СССР и союзных республик.

1.4.3.1. Регистрация работ по выполнению уровенных наблюдений производится в республиканских и областных гидрометфондах с целью:

устранения параллелизма измерений;

исключения проведения наблюдений в районах, по которым уже ведутся измерения;

обеспечения сбора материалов в гидрометфондах для их эффективного использования.

1.5. Требования к содержанию отчетных материалов и их качеству

1.5.1 В результате полевых работ по уровенным наблюдениям должны представляться следующие отчетные материалы:

• журнал уровенных наблюдений;
• журнал нивелирования уровенных постов;
• ленты самописцев уровня;
• графики колебаний уровня, составленные по данным наблюдений на каждом посту;

• журналы обследования реперов, установленных в предшествующие годы с учетом результатов инспекции постов;

• формуляры временных уровенных постов, впервые установленных подразделением Предприятия Госгеодезии или другой организацией;

1.5.2 Содержание отчетных материалов должно удовлетворять следующим требованиям:

• отсчеты уровня должны быть приведены к нулю уровенного поста в соответствии с данными нивелирования реек и их привязки к реперам;
• поправки часов поста должны быть определены по данным проверок времени по радио или судовому хронометру не реже одного раза в 7 — 10 суток с точностью 1 — 3 минут;
• анализ графиков колебаний уровня на двух соседних постах должен подтвердить соответствие их пределов действия расчетным данным технического проекта;
• отдельные пропуски и промахи в наблюдениях ввиду неблагоприятных гидрометеорологических условий должны быть обоснованно восстановлены по данным анализа графиков соседних постов;
• регистрация и запись всех наблюдений должна быть произведена в журналах или на лентах самописцев непосредственно на месте их выполнения;
• все записи в журналах должны быть настолько четкими, полными и понятными, чтобы была ясность для исполнителей камеральной обработки, не участвовавших в полевых работах;
• необходимые пояснения и исправления в журналах должны быть заверены подписями исполнителей, а после проверки всех полевых документов руководители подразделений подписывают их с указанием должности, фамилии и даты приемки.

1.5.3. Качество полученных материалов оценивается по результатам технического контроля на полевых работах и контроля по данным акта приемки.

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И ИХ ПОДГОТОВКА

2.1. Измерители колебаний уровня

2.1.1. Самописец уровня моря (СУМ) предназначен для непрерывной регистрации во времени колебаний уровня моря в прибрежной зоне.

Существуют три модели прибора, применяемые в зависимости от величины колебаний уровня [17].

СУМ (рис. 3) состоит из следующих основных узлов: поплавковой системы, передающего механизма и регистрирующей части. В поплавковой системе имеется поплавок 8 с грузом 9, цепь 7, противовес 1.

Рис. 3. Самописец уровня моря СУМ

5 — зубчатая рейка; 6 — измерительный лимб; 7 — плоская шарнирная цепочка; 8 — поплавок; 9 — груз

Передающий механизм состоит из поплавкового колеса, малой и большой шестерен, лимба 6, зубчатой рейки 5 и колонки 4.

Регистрирующая часть прибора содержит часовой механизм, размещенный внутри барабана 2, и указатель с пером 3, закрепленный на зубчатой рейке. Часовой механизм с предельным заводом вращает барабан со скоростью 1 об/сут (12 мм/ч). Для установки прибора строится специальный колодец, который исключает влияние внешней поверхности моря на результаты измерения.

Для дистанционной передачи данных об изменении уровня моря промышленностью выпускается приставка ГМ-39 с погрешностью дистанционной регистрации +/- 1% от диапазона измерения.

Диапазон измерения, м: 0 — 3; 0 — 6; 0 — 12; масштаб записи: 1:10; 1:20; 1:40; погрешность регистрации, % от диапазона измерения: +/- 1; инструментальная погрешность, мм: +/- 30; +/- 60; +/- 120; погрешность хода часов, мин: +/- 5; масса комплекта, кг: 38.

2.1.2. Самописец СУВ предназначен для регистрации измерений уровня воды в водоемах и водотоках [17].

У самописцев СУВ-М (рис. 4) металлический поплавок 7 с постоянным грузом 6 приводит во вращение поплавковое колесо 5, представляющее собой два диска с длиной окружности 300 и 600 мм; для передачи движения используется мягкий металлический провод в вентилируемой оболочке. Поплавковое колесо вращает в опорах цилиндрический барабан 1 с закрепленной на нем диаграммной лентой. Левая опора представляет собой выдвижной центр, правая — ось поплавкового колеса. Кроме того, в специальном кронштейне закреплена вторая ось, соединенная с осью барабана через трубку и шестерню с передаточным отношением 1:5. Такое соединение осей и наличие двух дисков у поплавкового колеса дают возможность регистрировать изменение уровня воды в пределах до 6 м. Часовой механизм 4 размещен в водонепроницаемом отсеке; на его выходной оси могут быть установлены сменные масштабные барабанчики диаметром 27 мм, 52,4 мм; их вращение преобразуется в линейное перемещение каретки 3, несущей перо и скользящей вдоль барабана по двум направлениям 2. Стальная струна связывает масштабные барабанчики с кареткой и служит для подвески гиревого привода часового механизма.

Рис. 4. Самописец СУВ-М

Самописец СУВ-М устанавливается так же, как и СУМ над колодцем.

2.1.3. Самописец уровня моря ГМ-28 предназначен для измерения и регистрации колебаний уровня в прибрежной зоне в стационарных и экспедиционных условиях. Принцип действия прибора основан на восприятии чувствительными элементами прибора измерения суммарного гидростатического и атмосферного давления и преобразование этих измерений в пропорциональные перемещения стрелки с пером, которые регистрируются на диаграммной ленте, установленной на барабане часового механизма. Влияние атмосферного давления учитывается при обработке лент самописца.

В качестве чувствительного элемента, воспринимающего изменение суммарного давления, использован подпружинный сильфон.

Механизм самописца уровня ГМ-28 (рис. 5) смонтирован в герметичном литом корпусе, который закрепляется на плите-грузе и опускается в воду. Чувствительный элемент — сильфон выдвинут вниз и предохранен защитой, имеющей в донной части отверстие с резьбой, в которое ввертываются пробки с калиброванными отверстиями 0,5; 1,0; 2,0 мм для демпфирования ветрового волнения.

(со снятой крышкой)

Диапазон измерения, м: 0 — 3; 0 — 6; 0 — 12; погрешность измерения, % от диапазона измерения: +/- 2; допустимая величина заглубления в воду, м: 8; погрешность хода часов, +/- 5; масса, кг: 10.

2.1.3.1 Для проверки нормального функционирования мареографа ГМ-28 необходимо выполнить следующие операции:

• при создании давления на чувствительный элемент запись на диаграммной ленте смещается.

6. Закрыть кожух и равномерно затянуть уплотняющие болты верхней крышки. Проверить надежность затяжки и герметичность корпуса.

2.1.4. Мареограф «Шельф» представляет собой измерительный комплекс, состоящий из блока измерений и блока обработки данных и предназначен для автономной работы в открытом море (морской вариант) и для установки его в прибрежной зоне (береговой вариант).

В БИ непрерывно работает гидроакустический передатчик (импульсы длительностью 2 мс на частоте 32,768 кГц с периодом 1 с), осуществляющий передачу информации по гидроакустическому каналу с использованием позиционного кодирования. Позиционный время-импульсный код позволяет осуществлять уверенный прием информации в условиях реверберационных помех и многолучевости.

Рис. 6. Структурная схема мареографа «Шельф»

Блок обработки данных (БОД, рис. 7) обеспечивает прием и расшифровку данных, получаемых в БИ, осуществляет запись и воспроизведение информации с магнитной кассеты, распечатку данных на телетайпе и при наличии специальной платы обеспечивает ввод информации в ЭВМ типа ЕС-1045.

Рис. 7. Блок обработки данных (БОД). Схема электрическая структурная

1 — приемный гидрофон, 2 — усилитель, 3 — преобразователь позиционного кода, 4 — звуковой отметчик посылок, 5 — буферное ЗУ, 6 — двоично-десятичный преобразователь, 7 — схема управления магнитной записью, 8 — формирователь телеграфного кода, 9 — визуальный индикатор, 10 — кассетный накопитель КНМЛ-2, 11 — схема восстановления двоичного кода, 12 — плата сопряжения с ЭВМ, 13 — кварцевые часы, 14 — блок запуска

При установке блока измерений в открытом море запись измеренной информации осуществляется на магнитную ленту с помощью кассетного накопителя, входящего в состав БИ.

При установке мареографа на уровенном посту в состав блока измерений с рамой дополнительно входят: провод связи, оттяжка.

2.1.4.1. Подготовка к работе производится на базе экспедиции и заключается в проверке нормального состояния и функционирования.

Для проверки нормального состояния и функционирования мареографа «Шельф» следует расконсервировать прибор и выполнить контрольные операции согласно нижеследующему перечню. По результатам проверки рекомендуется заполнять бланк предлагаемой в Приложении 3 формы, который служит паспортом установки прибора в эксплуатацию. При регулярной эксплуатации прибора и приобретении опыта обслуживания оператором отдельные проверки могут не производиться (в бланке делается прочерк).

2.1.4.2. Снять кожух с БИ и произвести внешний осмотр, убедиться в отсутствии внешних повреждений отдельных узлов:

• датчика уровня ПДВ-10 с соединительными трубками к нему и наружного демпфера;
• кассетного накопителя на магнитной ленте;
• печатных плат и плотность контакта в их штепсельных разъемах;
• контактных штепсельных разъемов в межблочных соединениях (отсутствие обрывов проводников);
• резинового уплотнительного кольца верхней крышки прибора.

При обнаружении каких-либо видимых дефектов дальнейшей проверкой на функционирование выявить возможность их влияния на работоспособность прибора.

2.1.4.3. Включить питание тумблером и проверить номиналы питающих напряжений 9 и 12 В под нагрузкой.

2.1.4.4. Установить переключатель периода в 10-минутный режим работы, запустить схему микрокнопкой «пуск» на плате Г04 и проверить номинальность функционирования блока БИ по следующим признакам:

• запуск двигателя КНМЛ-1 происходит примерно через 20 с после нажатия кнопки «пуск» (зависит от длительности преобразования уровня);
• прослушиваются на слух щелчки гидроакустического излучателя с периодом 1 с;
• происходят периодические срабатывания КНМЛ через каждые 2 мин.

2.1.4.5. Соединить БОД с телетайпом специальным шлангом, входящим в комплект монтажных частей БОД.

2.1.4.6. Соединить БИ с БОД кабелем или подключить к БОД приемный гидрофон и поставить его на крышку БИ, проверить функционирование комплекса по следующим признакам:

• регистрируемый номер цикла измерения соответствует фактическому порядковому номеру цикла.

2.2. Уровенные рейки

2.2.1. Основным простейшим прибором для измерений уровня является уровенная рейка (футшток). Рейка (рис. 9, стр. 35) изготавливается из деревянного бруса сечением 5 x 12 см, длиной 2,5 — 5 м в зависимости от величины колебаний уровня. Рейка гладко обстругивается и окрашивается масляной краской, затем ее лицевая сторона загрунтовывается белой краской и просушивается.

Для разбивки рейки на ней продольно проводится карандашом средняя линия и по стальной рулетке (с обязательной проверкой) наносятся деления через 2 см. Раскраска делений на протяжении 1 м производится черной краской, а следующего — красной. Каждые 10 см расположение делений меняется от средней линии к левому, затем к правому краю рейки. Нумерация дециметровых делений производится от нуля рейки вверх. В оставшихся белыми дециметровых промежутках в шахматном порядке подписываются цифры дециметров. Их окраска делается тем же цветом, как и делений на каждом метровом отрезке. Существуют также металлические рейки заводского изготовления с другим оформлением делений и их отметок для отсчета уровней.

2.3. Инструменты и оборудование для нивелирования уровенных постов

2.3.1. Нивелирование III и IV классов выполняют глухими нивелирами с уровнем или компенсатором, удовлетворяющим следующим требованиям: [10].

Таблица 3

2.3.2. При нивелировании III, IV класса, а также при техническом, применяют нивелиры с уровней Н-05, Н1, Н2, НА-1, Н-3, НВ, Ni-030 <*>, а также нивелиры с компенсатором Н-ЗК, Ni-007, Ni В-3,4,5,6. Однако нивелирные работы можно выполнять и другими нивелирами, отвечающими требованиям [10], но в основном применяются нивелиры Н-3 и НВ.

<*> Нивелиры Н1, Н2, НА-1, НВ (СССР) и Ni-030 (ГДР) в настоящее время не выпускаются промышленностью, приведены по причине широкого использования в производстве.

2.3.2.1. Нивелир Н-3 (рис. 8) состоит из зрительной трубы, цилиндрического уровня, изображение которого передано в поле зрения трубы, элевационного винта, которым осуществляется точное совмещение концов пузырька уровня, зажимного и наводящего винтов, круглого установочного уровня, триггера с тремя подъемными винтами и баксы, в которой находится вертикальная ось нивелира. Оптическая схема нивелира показана на рис. 8 б). Нивелир юстируется на заводе так, что в окуляре зрительной трубы одновременно резко видны сетки нитей, изображение предметов и изображение концов пузырька уровня.

Рис. 8. Общий вид и схема действия нивелира Н-3

а) — поле зрения нивелира; б) — оптическая схема

Если нет резкого одновременного изображения предмета, на который визируют, то перемещают объектив вдоль оптической оси.

В комплект нивелира Н-3 входят: нивелир, штатив, укладочный ящик, становой винт, ЗИП, техническая документация, а также две шашечные трехметровые двухсторонние рейки с сантиметровыми делениями и одна подвесная рейка длиной 1,2 м.

Нивелир Н-3 отличается от НВ тем, что на нем установлен более точный цилиндрический уровень, улучшены зрительная труба и внешний вид.

2.3.2.2. Перед нивелированием необходимо произвести внешний осмотр нивелира, проверить исправность всех его частей, плавность вращения инструмента, отсутствие заметных шатаний окулярного колена трубы, исправность цапф, лагер, уровня, исправительных и закрепительных винтов, отсутствие окислений на металлических частях, а также состояние упаковки и комплектность запасных частей и принадлежностей.

После внешнего осмотра нивелира необходимо произвести следующие поверки [10]:

1. Ось цилиндрического уровня должна быть перпендикулярна к оси вращения инструмента.

Для поверки этого условия устанавливают уровень по направлению двух подъемных винтов и приводят при помощи обоих винтов пузырек уровня на середину. Поворачивают верхнюю часть инструмента на 180°. Если после этого пузырек уровня остается на середине или отойдет от нее не более чем на одно деление, то условие соблюдено; при большем отклонении следует исправить уровень, подняв или опустив один его конец исправительным винтом настолько, чтобы пузырек переместился к середине ампулы на половину дуги отклонения. Эти действия следует повторить несколько раз, пока пузырек при поворотах на 180° не перестанет смещаться к середине и будет стоять неподвижно.

2. Сетка нитей должна быть установлена правильно, т.е. одна из нитей должна быть параллельна оси вращения инструмента, а остальные нити — к ней перпендикулярны.

Устанавливают нивелир на твердом грунте. Приводят трубу нивелира в горизонтальное положение и наводят ее на отвесно установленную в 40 — 50 м от нивелира рейку, затем медленно вращают трубу нивелира в горизонтальной плоскости в обе стороны при помощи наводящего винта. Если отсчет по рейке при этом останется неизменным — условие выполнено. Если горизонтальная нить сходит с выбранной точки или с замеченного деления рейки, положение нитей исправляют путем поворота сетки нитей. Удовлетворение этого условия дает возможность отсчитывать деление рейки по положению горизонтальной нити, не устанавливая рейку точно в плоскости вертикальной нити сетки.

3. Визирная ось трубы нивелира должна быть параллельна оси уровня.

На концах линии длиной 75 м берутся две точки A и B и в них забиваются вровень с землей колышки. В одной из точек, например в точке A, устанавливают нивелир, а в точке B — рейку. Нивелир устанавливают так, чтобы окуляр трубы пришелся над колышком, забитым в точку A. Производят отсчет по рейке и измеряют путем визирования через объектив на рейку, приставленную к окуляру трубы, или при помощи стальной рулетки, высоту i_{1} , — центра окуляра над колышком. При этом ось цилиндрического уровня должна быть горизонтальна. Отсчеты по рейке производят по трем нитям и вычисляют среднее значение \text{в}_{1} из этих отсчетов. Затем нивелир и рейку меняют местами и снова проводят отсчеты по рейке и определяют высоту i_{2} — центра окуляра над колышком в точке B. Отсчеты по рейке также производят по трем нитям и находят среднее значение a из этих отсчетов. Ось цилиндрического уровня при отсчетах должна быть горизонтальна.

Ошибка в отсчете по рейке вследствие непараллельности визирной оси трубы нивелира и оси уровня вычисляется по формуле:

X = \frac{a_{1} + \text{в}_{1}}{2} - \frac{i_{1} + i_{2}}{2}

Эта ошибка происходит из-за неправильной установки сетки нитей.

Определив значение X, перемещают исправительными винтами сетку нитей так, чтобы по рейке, установленной в точке A, был взят отсчет a, соответствующий горизонтальному положению визирной оси, т.е. до тех пор, пока X = 0.

4. Ось круглого уровня должна быть параллельна вертикальной оси вращения нивелира.

Пользуясь проверочным цилиндрическим уровнем, приводят нивелиры в горизонтальное положение; если при этом пузырек круглого уровня окажется не на середине, приводят его на середину исправительными винтами круглого уровня.

Поверки нивелиров (любой системы) необходимо производить в той последовательности, которая здесь указана. При ином порядке действие исправительными винтами будет нарушать уже выполненные условия и выверить нивелир не удается.

Каждую поверку нивелира следует повторить несколько раз подряд. Повторение поверок является в то же время контролем правильности исправлений.

Работая исправительными винтами, надлежит соблюдать осторожность, чтобы не сорвать резьбу и не испортить головку, так как исправительные винты очень малы, сделаны из мягкого металла и требуют очень бережного обращения. Перед тем как ввинчивать какой-либо винт следует обязательно слегка опустить винт, ему противоположный. По окончании всех поверок нивелира исправительные винты нужно закрепить настолько прочно, чтобы впоследствии они не ослабли, что может послужить причиной расстройства регулировки инструмента.

2.3.3. Нивелирные рейки. При нивелировании III класса применяются двухсторонние трехметровые деревянные рейки с сантиметровыми делениями РН-3 и инварные штриховые рейки РН-2. Инварные рейки следует применять при нивелировании в горных районах.

Рейки РН-3 изготавливаются из хорошо выдержанных, специально обработанных, пропитанных маслом и покрашенных краской брусков хвойных пород леса. Деления на рейках обозначают сантиметровыми шашками. На одной стороне шашки наносятся черной краской, на другой — красной. Фон рейки белого или светло-желтого цвета. Нижний и верхний концы рейки имеют металлические оправы. Нуль черной стороны рейки совпадает с пятой рейки. Нуль красной стороны на одной рейке комплекта совмещен с 4683, а на второй — с 4783, что позволяет контролировать правильность отсчетов по рейкам.

При нивелировании III класса могут применяться рейки, у которых на красной стороне наименьшее деление равно 11/10 см. Надписи дециметровых интервалов делаются арабскими цифрами. В зависимости от типа нивелира, с которым будет использован данный комплект реек, оцифровка делается прямой и обратной. Прямая оцифровка применяется при зрительной трубе прямого изображения. Обратная оцифровка применяется, как правило, при работе с нивелирами с уровнем.

Рейка РН-3 имеет две ручки и круглый установочный уровень с ценой деления 20 на 2 мм. При помощи уровня рейка устанавливается в отвесное положение и удерживается в этом положении во время производства отсчетов.

В комплект реек РН-2, РН-3 входят подвесные деревянные рейки, которые имеют такие же штрихи и шашки, что и трехметровые рейки. Длина этих реек 1,2 м. Ось отверстия для штифта совпадает с нулевым штрихом основной шкалы или с нулем черной стороны рейки.

При нивелировании IV класса применяются те же уровенные рейки, что и при нивелировании III класса, и допускаются большие отклонения метровых интервалов от номинала (до +/- 1,00 мм), а также могут применяться односторонние рейки длиной 4 м и складные.

При техническом нивелировании используются как трехметровые цельные рейки, так и складные одно-, двухсторонние рейки длиной 3 — 4 м.

Категорически запрещается заменять нивелирные рейки водомерными, снегомерными или самодельными.

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УРОВЕННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

3.1. Общие требования

3.1.1. Уровенные наблюдения следует проектировать в соответствии с имеющейся в районе работ сетью уровенных постов, пределами их действия и характером колебаний уровня. Приступая к проектированию наблюдений, необходимо произвести сбор материалов систематических наблюдений за уровнем, которые велись на постоянных уровенных постах Управления по гидрометеорологии и контролю природной среды, либо других ведомств.

К основным материалам, подлежащим изучению и анализу, относятся:

• гидрометеорологические справочники-ежегодники и таблицы Гидрометеоиздата;
• технические отчеты гидрографического предприятия ММФ и других ведомств;
• морские навигационные и топографические карты крупных масштабов;
• лоции и географические описания района;
• каталоги реперов нивелирных сетей.

3.1.2. Сведения о работах прежних лет, которые могут быть использованы при съемке, должны быть систематизированы и оформлены в виде формуляров, содержащих следующие данные [21]:

• местоположение и координаты постоянных и временных уровенных постов;
• подробное описание и схема расположения поста и реперов;

• дата установки поста, продолжительность и перерывы в наблюдениях;
• характер берега в районе закладки реперов;
• сведения о повреждениях реек, их перестановках и нивелировках;
• сведения об обработке наблюдений, вычислении гармонических постоянных, среднего уровня и наинизшего теоретического уровня (НТУ);
• величина превышения репера над НТУ, средним уровнем и нулем поста;
• сведения о привязке реперов к государственной нивелирной сети;
• общие сведения о гидрологическом режиме;

3.1.3. Анализ материалов уровенных наблюдений прошлых лет выполняется согласно разделу 5.2. Проверяется обоснованность приведения данных наблюдений и вычислений гармонических постоянных, СМУ и НТУ. При этом необходимо исключить систематические погрешности наблюдений, если они выявлены, и вычислить гармонические постоянные и НТУ (для морей с приливами), если они не вычислены или не удовлетворяют соответствующим требованиям технического задания.

На основании анализа составляется краткая характеристика материалов уровенных наблюдений согласно Приложению 4.

Полученная характеристика материалов уровенных наблюдений является исходным документом для проектирования.

Необходимое количество уровенных постов в районе работ должно определяться с таким расчетом, чтобы зоны действия смежных постов имели перекрытие и любой участок съемки находился в пределах действия какого-либо уровенного поста. Пределы действия берегового уровенного поста определяются так, чтобы расхождение мгновенных уровней в границах участка, обслуживаемого данным постом, не превышало 0,2 м. Пределы действия уровенных постов в зоне открытого моря определяются условием, чтобы расхождение мгновенных уровней в границах участка не превышало 0,5 м.

Указанные требования необходимо увязать с требуемой точностью получения отметок дна: в общем случае, они не должны превышать 0,5% измеряемых глубин на участке съемки.

3.2. Проектирование уровенных наблюдений на морях с приливами

3.2.1. На приливных морях пределы действия уровенных постов определяются в зависимости от характера прилива, величины и фазы колебаний уровня.

3.2.2. В районах с развитой сетью уровенных постов предел действия уровенного поста B по направлению к посту A рассчитывается как расстояние d км по формуле:

d = S \frac{n\delta h}{(\Delta h_{m})_{n}} , (3.2.1)

где S — расстояние между постом B, для которого определяют предел действия, и смежным постом A, км;

n — доля расстояния между постами, если принять S = 1;

\delta h — допустимая разность высот мгновенного уровня в пределах действия поста, см;

(\Delta h_{m})_{n} — максимальная разность высот мгновенного уровня на посту B и в точке, находящейся на удалении n от него, см.

Максимальную разность высот мгновенного уровня (\Delta h_{m})_{n} для морей с приливами вычисляют из выражения

(\Delta h_{m})_{n_{i}} = F_{B} \sqrt{i + K_{i}^{2} - 2K_{i}cos(n_{i}\alpha)} , (3.2.2)

K_{i} = 1 + n_{i}(\lambda_{B} - 1) ; (3.2.3)

\lambda_{B} = \frac{F_{A}}{F_{B}} — отношение амплитуд приливной волны на постах A и B;

\alpha — приращение фазы приливной волны на участке между постами B и A.

Суммируя гармонические постоянные основных волн, получают амплитуду

Приращение фазы вычисляется как разность угловых скоростей волн S_{2} и \text{К}_{1}

\alpha = (g_{S_{2}})_{B} - (g_{S_{2}})_{A} — для полусуточных приливов,

При смешанных приливах, когда в период работ наблюдается одна полная и одна малая вода, вычисления следует вести по формулам суточных приливов, а во всех остальных случаях — формулам полусуточных приливов.

Максимальная разность превышений мгновенного уровня на участке между постами A, B изменяется по нелинейному закону. В связи с этим доля расстояния n в формуле (3.2.1) определяется методом последовательных приближений. Сначала по формуле (3.2.2) рассчитывают максимально возможное превышение мгновенного уровня (\Delta h_{m})_{o} на постах A, B, приняв n_{o} равным единице (n_{o}) = 1 . Затем линейным интерполированием находят приближенное значение доли n_{1} , при котором (\Delta h_{m})_{1} окажется близким к допустимой величине \delta h .

С этой целью используют формулу

n_{1} = \frac{\delta h}{(\Delta h_{m})_{o}} n_{o} ,

n_{i} = \frac{\delta h}{(\Delta h_{m})_{i - 1}} n_{i - 1} . (3.2.5)

3.2.3. Для проектирования уровенных наблюдений при отсутствии постоянных (дополнительных) уровенных постов организуются рекогносцировочные краткосрочные двух — трехсуточные ежечасные наблюдения. При этом расстояния между смежными уровенными постами определяются с учетом конфигурации берега, величин и характера приливов и сгонно-нагонных явлений. Для определения характера и наибольшей величины прилива в данном районе рекомендуется использовать картосхему, приведенную в Приложении 5.

3.2.3.1. Ориентировочные расчеты пределов действия постов определяются по результатам непродолжительных наблюдений по следующей схеме:

а) при любом характере прилива вычисляют приближенную амплитуду F_{i} как половину максимальной разности высот смежных полной и малой вод за период наблюдений

F_{i} = 0,5(H_{\text{ПВ}} - H_{\text{МВ}})_{max} (3.2.6)

б) приращение фазы \alpha в радианах определяют по разности времени \Delta\theta наступления полных (малых) вод на исследуемых постах, по которым определяют пределы действия из выражения

где T — период прилива, ч.

Для полусуточных приливов (T = 12,4)

\alpha = \frac{\Delta\theta}{120} (3.2.8).

\alpha = \frac{\Delta\theta}{240} (3.2.9).

Пример расчета пределов уровенных постов приведен в Приложении 11.

3.3. Расчет пределов действия уровенного поста для морей без приливов

3.3.1. Для морей без приливов, озер и водохранилищ предельное расстояние d между уровенными постами следует рассчитывать по формуле (3.2.1), при n = 1, а (\Delta h_{m})_{n} определяется из выражения

(\Delta h_{m})_{n} = h_{B} - h_{A} , (3.3.1)

где h_{B} и h_{A} — максимальные высоты уровня на посту A и B в один и тот же физический момент. Значение максимальной разности высот мгновенных уровней (\Delta h_{m})_{n} определяется из анализа совмещенных, по нулю Балтийской системы высот, графиков колебаний двух постоянных постов, построенных по данным наблюдений прошлых лет на сезон, соответствующий запланированному периоду съемочных работ.

3.3.2. Проектирование уровенных наблюдений для района, где сеть постоянных уровенных постов редкая или ее совсем нет, заключается в определении ориентировочного расстояния между смежными постами с учетом рекомендаций таблицы 4.

Таблица 4

3.3.2.1. Ориентировочные расстояния между уровенными постами, рекомендованные в таблице 4, должны быть проверены до начала съемочных работ по данным наблюдений на этих постах. Если разности высот мгновенных уровней на смежных постах превышают значения, оговоренные в п. 3.1.4, необходимо установить дополнительно временные уровенные посты.

3.3.2.2. В отдельных случаях для морей без приливов, озер и водохранилищ и правильных приливов, когда высота и фаза прилива (разность фаз на постах не должна быть более 2 часов) изменяются равномерно и пропорционально расстоянию вдоль берега, а по условиям установки и другим причинам бывает затруднительно выдержать предельные расстояния между уровенными постами, они могут быть увеличены с последующим определением поправок к измеренным глубинам путем интерполирования.

3.3.3. Рассчитав пределы действия для всех постоянных уровенных постов, определяют их достаточность, при этом могут иметь место следующие ситуации: 1) зоны действия смежных постов перекрываются, а участок съемки находится в пределах какого-либо уровенного поста; 2) зоны действия смежных постов не перекрываются, а участки съемки находятся вне пределов этих зон; 3) зоны действия смежных постов перекрываются, участок съемки расположен за пределами действия береговых уровенных постов.

В первом случае район обеспечен постоянными уровенными постами и временные уровенные посты не устанавливаются.

Во втором случае устанавливаются временные береговые уровенные посты и рассчитываются их пределы действия. Предел действия уровенного поста, устанавливаемого в точке C между двумя смежными постами A и B, расстоянии S_{AC} от пункта A, рассчитывается по формуле

d = d_{A} + (d_{B} - d_{A}) \frac{S_{AC}}{S} . (3.3.2)

В третьем случае, если отсутствуют данные о характере колебаний уровня в мористых участках съемки, организуются рекогносцировочные уровенные наблюдения непосредственно в зоне съемки. Период наблюдений должен быть не менее одних суток; по возможности, продолжаться 3 — 5 суток. Если максимальная разность превышений мгновенных уровней моря (озера, водохранилища) над нулем Балтийской системы высот, либо над нулями глубин у берега и на мористом участке съемки превышает заданную величину 0,5 м, а изменение уровня под влиянием сгонно-нагонных и приливных колебаний уровня больше 1% глубины, то устанавливается уровенный пост открытого моря и определяются его пределы действия по формуле (3.2.1).

3.3.4. Дискретность наблюдений устанавливается исходя из максимально допустимых интервалов времени между отсчетами \Delta t_{0} и должна обеспечить заданную точность получения значений изменения уровня на любой момент времени t данного уровенного поста.

Эти интервалы определяются из условия

\Delta t_{0} = 6\text{ч} при \Delta H<0,1\text{м}/\text{ч} ,

\Delta t_{0} = 1\text{ч} при \Delta H>0,1\text{м}/\text{ч} ,

где \Delta H — приращение уровня за один час.

4. УСТАНОВКА УРОВЕННЫХ ПОСТОВ

4.1. Выбор места для установки поста

4.1.1. По месту расположения измерительных устройств уровенные посты могут быть береговыми, островными, на припайном льду и морскими.

В общем случае уровенные посты должны устанавливаться в таком месте, где колебания уровня практически свободны от местных искажений и соответствуют колебаниям уровня на возможно большей площади съемки.

4.1.2. Береговые и островные уровенные посты, независимо от измерительных устройств, должны сооружаться в месте, которое удовлетворяет следующим требованиям:

• иметь в любое время года достаточно свободное сообщение с морем (водоемом), в том числе при самом значительном положении уровня и большой толщине льда;
• быть защищенным от волнения и от плавучих (дрейфующих) льдов, которые могут повредить измерительные устройства или вызвать затруднения при отсчетах уровня;
• располагаться в местах, наименее подверженных деятельности человека, движению плавучих средств и берегового транспорта;
• береговая зона не должна быть подверженной размыву и большим отложениям наносов;

• иметь свободный доступ для нивелирования и наблюдений в любых погодных условиях.

4.1.3 В зимних условиях и на припайном льду место установки поста должно удовлетворять следующим требованиям:

• в районе установки поста вода не должна промерзать до грунта;
• при понижении уровня воды до минимального ледовый покров не должен опускаться на дно;
• установка временного поста непосредственно на льду с измерительным устройством (рейкой) в проруби допускается при сплошном недрейфующем ледовом покрове и отсутствии сильных течений.

4.1.5. Наиболее удобными местами для береговых уровенных постов являются небольшие бухты, свободно сообщающиеся с открытой частью моря (водоема) и в то же время достаточно защищенные от господствующей ветровой волны.

• расстояние от моря (водоема) до поста должно быть минимальным, т.е. уровенный пост устраивается сразу за баром или прибрежной полосой;
• недопустимо устраивать уровенный пост в таких местах, где вследствие большого уклона дна течение направлено в одну сторону;
• не допускается также установка поста в расширенной части лагуны, т.к. время наступления полных и малых вод и величина прилива в лагуне не соответствуют их значениям в море.

4.2. Устройство постов

4.2.1. Постовые устройства состоят из средств измерения высоты уровня и двух реперов уровенного поста — основного и рабочего.

На дополнительных и временных постах в качестве средств измерений колебаний уровня моря (воды водоема) применяются:

• уровенные рейки, прикрепленные к неподвижному основанию (рис. 10, 12);
• сваи, забитые в грунт, и переносная рейка для измерения высоты уровня над высотными отметками свай по мере их затопления (рис. 10, 11);

• самописцы уровня (п. 2.1).

Рис. 9. Уровенная рейка (футшток)

Рис. 11. Переносная рейка

Рис. 13. Уровенный пост на льду

В зависимости от использования средств измерений уровенные посты подразделяются на реечные, свайные, свайно-реечные, ледовые или с установкой самописца уровня.

4.2.1.1 На реечном посту установка рейки может производиться с использованием следующих неподвижных оснований:

• креплением к стенкам гидротехнических сооружений или пристаней на участках, свободных от швартовки судов;
• креплением реек к забиваемым в грунт сваям (рис. 10);
• установкой рейки на заранее заготовленном деревянном срубе после его затопления путем загрузки камнями (рис. 12);
• в расщелинах прибрежных скал с креплением растяжками из стального троса к заякоренным металлическим грузам или к зацементированным в скалах штырям.

Выбор способа установки зависит от характера рельефа побережья, уклона дна, типа грунта, величины колебаний уровня и удобства наблюдений за уровнем.

4.2.1.2. Свайные уровенные посты целесообразно выставлять при очень пологом профиле берега в укрытых от волнения местах. Пост состоит из ряда свай, установленных в створе нормально к береговой линии (рис. 10). Места установки свай намечаются по данным нивелировки, исходя из условия, чтобы разность высотных отметок двух соседних свай была в пределах 0,5 — 1 м. Возвышение верхнего среза сваи над поверхностью грунта должно быть в пределах 10 — 20 см. Высотная отметка сваи принимается на уровне верхнего среза барочного гвоздя, забиваемого в центре среза сваи. Здесь же ставится номер сваи, нумерация ведется от верхней сваи.

Сваи подготавливаются из твердых пород дерева диаметром 15 — 20 см и длиной 1 — 4 м в зависимости от характера грунта.

Переносная рейка для свайных постов (рис. 11) изготавливается из доски толщиной 1,5 — 2 см, шириной 6 — 8 см, длиной 1 — 1,5 м и имеет ромбовидное сечение. Нижний конец переносной рейки обивается железом.

4.2.1.3. Свайно-реечные (комбинированные) посты целесообразно устанавливать в случаях, когда подводный береговой склон в прибрежной части имеет значительный уклон дна, а затем склон отлогий с обширной осушкой. Тогда у берегового обрыва ставится рейка, а затем ряд свай (рис. 10).

4.2.1.4. На льду (ледовые) уровенные посты выставляются в зимних условиях с учетом требований п. 4.1.3. Оборудование такого поста (рис. 13) состоит из опущенной в прорубь рейки, закрепленной к тросу, за нижней конец которого закреплен груз весом 100 — 150 кг, лежащий на дне. Верхний конец троса пропущен через подвешенный к опорной раме блок и закреплен к противовесу (15 — 20 кг).

Длина рейки должна быть больше величины прилива и сгонно-нагонных колебаний уровня. Нуль рейки должен быть ниже самого низкого возможного уровня воды при опускании льда, но чтобы рейка не затоплялась полностью при наибольшем уровне. Груз должен быть плоской формы во избежание засасывания.

Если в месте установки поста глубины небольшие, то рейка через прорубь устанавливается на дно и крепится с помощью затопленного ряжа.

При длительной работе прорубь утепляется. Для этого над прорубью устанавливается палатка или будка.

Постоянство местоположения поста и отсутствие дрейфа льда проверяется по двум устанавливаемым на берегу створам.

4.2.1.5. Самописцы уровня моря (воды) выставляются у стенок гидротехнических сооружений или других неподвижных оснований. Поплавковый самописец может быть установлен на металлической трубе, в подводной части которой делаются отверстия для свободного поступления воды (рис. 14).

а)

высота уровня, h_{min} — минимальная высота уровня

б)

13 — опорное кольцо, 14 — днище трубы с входным отверстием

б) установка в трубе на свайном основании

Рядом с самописцем уровня, но вне его колодца, устанавливается контрольная рейка, отсчеты уровня по которой согласуются с графиком колебаний уровня на ленте самописца и с нулем поста.

Основные типы установок измерителей уровня моря даны в разработанных ГОИНом и утвержденных ГУГМС «Основных требованиях к проектированию и строительству устройств морских водомерных пунктов и их высотной привязке».

4.2.1.6. Уровенный пост открытого моря следует устанавливать для выявления особенностей колебаний уровня на удаленном от берега участке съемки рельефа дна. Пост состоит из донного самописца уровня и контрольной рейки временного уровенного поста у берега.

Установка донного самописца уровня типа «Шельф» производится в следующей последовательности. По чертежам технического описания собирается блок БИ с рамой. Затем, с помощью лебедки на тросе, рама устанавливается на дно в заданной точке. От рамы протягивается по дну слабо натянутый трос длиной около 100 м диаметром не менее 6 мм к заранее подготовленному бетонному якорю массой не менее 200 кг. На поверхности устанавливается малый сигнальный буек объемом не более 30 дм3, который закрепляется тросом к бетонному якорю. Для повышения живучести буйка в штормовых условиях желательно верхнюю часть буйрепа непосредственно под буйком выполнять из стальной цепи длиной 2 м с разрывным усилием не менее 1 тонны.

После установки прибора на дно с борта судна-постановщика опускается приемный гидрофон на глубину не менее 5 м и производится контрольное прослушивание сигналов. При этом чувствительность приемника переключается на минимальную дальность (100 м). Установленный прибор считается нормально функционирующим, если показания номера цикла измерения соответствуют требуемому заданию, а показания датчика температуры и уровня примерно соответствуют глубине постановки и ожидаемому значению температуры воды.

Установка донного самописца уровня ГМ-28 производится в том же порядке, как для самописца уровня «Шельф».

Во избежание вывода пера самописца уровня за пределы ленты, необходимо правильно установить заглубление. Последнее устанавливается с учетом глубины и возможных колебаний уровня в этом районе. Если эту величину рассчитать невозможно, то опытным путем (подъем и опускание прибора) подбирают нужное заглубление так, чтобы перо находилось примерно на середине ленты самописца.

4.2.2. При отсутствии донных самописцев наблюдения колебаний уровня могут производиться путем измерения глубин эхолотом на участке с ровным дном при спокойном состоянии моря и постановкой судна на якоре. Одновременно ведутся синхронные наблюдения на береговых постах. Период наблюдений выбирается в сизигию и, по возможности, должен продолжаться до трех — пяти суток. Измерение глубин производится через каждые 15 мин. или непрерывно при регистрации глубин на эхограмме.

4.3. Закладка реперов

4.3.1. На всех уровенных постах устанавливается по два репера. Основной репер служит для закрепления на местности результатов всех наблюдений и высотного положения среднего уровня и нуля глубин на длительный срок. Рабочий репер служит для повседневного контроля высотного положения постовых устройств (реек, свай) и нуля поста. Место установки рабочего репера выбирается с таким расчетом, чтобы нивелировку поста можно было производить с наименьшим числом установок нивелира.

4.3.2. Установка основных реперов уровенных постов производится согласно требованиям Инструкции по нивелированию I, II, III и IV классов, изд. ГУГК, 1990 г. Основные реперы с 1973 года закладываются по типам, рассчитанным на механизацию земляных работ и возможность централизованного их изготовления. Облегчен доступ к верхней части репера (марке) при привязке, расположением ее на уровне или выше земной поверхности. Реперы могут изготавливаться из железобетонных пилонов или металлических труб и рельсов, позволяющих при закладке использовать самоходные буровые установки.

Основные реперы должны сдаваться под наблюдение за сохранностью местным органам власти по актам.

4.3.2.1. Основными реперами могут служить реперы и марки государственной нивелирной сети. При их отсутствии в расположения поста закладываются специальные скальные, грунтовые или стенные реперы с учетом их сохранности не менее 25 лет. Для этого выбираются скалы без трещин, слоистости или следов выветривания или разрушения. Для грунтовых реперов могут быть использованы места с суглинистым или песчаным грунтом. Для закладки стенных реперов также используются сооружения, находящиеся в эксплуатации продолжительное время и не подвергающиеся воздействию различных переменных нагрузок, могущих вызвать перекос, сдвиг или осадку.

Следует избегать закладки основных реперов вблизи обрывов, крутых берегов, строительных площадок, оползней, в насыпях, сыпучих песках и на заболоченных участках.

Тип основного репера выбирается с учетом простоты закладки и удобства высотной привязки к реперу.

4.3.2.2. Стенными реперами служат металлические знаки установленного образца, имеющие выступ для установки рейки при нивелировке, начальные буквы названия организации, выполнявшей нивелирование и номер репера (рис. 15).

III и IV классов. Тип. 143

4.3.2.3. Грунтовый репер состоит из железобетонного пилона в форме параллелепипеда с поперечным сечением 16 x 16 см и бетонной плиты (якоря) диаметром 48 см, изготавливаемых заранее. Разрешается применять плиты квадратного сечения размером 50 x 50 см. В верхнюю грань пилона должна быть зацементирована марка (рис. 16). В середине бетонной плиты делают выемку размером 20 x 20 x 15 см, в которую устанавливают железобетонный пилон. Пилон может быть заменен асбоцементной трубой с внешним диаметром не менее 16 см, заполненной бетоном с арматурой. В верхнюю часть трубы вставляют марку. При использовании асбоцементной трубы для увеличения связи ее основания с якорем на расстоянии 7 — 10 см от основания трубы вставляют два взаимно перпендикулярных стержня толщиной 1,0 — 1,2 см и длиной 25 см. При установке трубы в отверстие якоря концы стержней размещают в углах выемки.

б — марка, привариваемая к металлической трубе.

В южной зоне области сезонного промерзания грунта применяют бетонные плиты (якоря) высотой 20 см, в северной — 35 см. Граница между этими зонами проходит по линии Ужгород — Харьков — Актюбинск — Караганда — Семипалатинск — оз. Зайсан.

Допускается закладка реперов в скважины диаметром 35 см, но в этом случае высота бетонного якоря в южной зоне должна быть равна 50 см, в северной — 80 см.

Верхняя грань бетонной плиты (якоря) репера нивелирования I, II, III и IV классов должна быть на 30 см ниже глубины наибольшего промерзания грунта независимо от диаметра скважины. У всех реперов марка должна находиться на 50 см ниже поверхности земли.

Допускается изготовление якоря путем заливки в скважину жидкого бетона. Глубина скважины та же, что и при закладке изготовленных заблаговременно реперов. В скважины диаметром 50 см бетон заливают соответственно на 20 или 30 см, а в скважины диаметром 35 см — 30 или 70 см. В бетонный раствор вставляют пилон или асбоцементную трубу. Длина пилона или трубы должна быть такой, чтобы марка приходилась на расстоянии 50 см от поверхности земли. Засыпать скважины грунтом, не дожидаясь схватывания бетона якоря, можно при условии засыпки на жидкий бетон слоя песка (разрыхленного грунта) толщиной не менее 10 см.

Разрешается заменять железобетонные пилоны металлическими трубами диаметром 6 см с толщиной стенок не менее 0,3 см или отрезком рельса (рис. 17). В этом случае бетонную плиту (якорь) и трубу (рельс) скрепляют между собой на месте изготовления репера. Металлическая труба должна иметь четыре штыря, выступающие из нее на 10 см.

Рис. 17. Грунтовый репер. Тип 162 оп. знак

При закладке реперов на дно скважины или котлована под основание плиты наливают слой цементного раствора толщиной не менее 3 см. Запрещается закладывать реперы в котлован (скважину) с разрыхленным или посыпанным на дно грунтом.

Железобетонные реперы, закладываемые в агрессивных грунтах, изготавливают из плотного бетона.

В районах подвижных песков применяют реперы, закладываемые завинчиванием в грунт на глубину не менее 400 см. Репер состоит из оцинкованной трубы, верхний конец которой с маркой располагают на 80 см выше поверхности земли. К трубе крепят охранную пластину. Рыть канавы в этом случае запрещается.

На заболоченных территориях линии нивелирования закрепляют грунтовыми трубчатыми реперами, используя трубы диаметром 6 см с толщиной стенок не менее 0,3 см. К нижнему концу трубы приваривают винтовой якорь диаметром не менее 15 см или буровой спиральный наконечник (шнек, змеевик) диаметром не менее 10 см и длиной не менее 50 см. Трубу завинчивают на такую глубину, чтобы винтовой якорь вошел в подстилающую водонасыщенный слой плотную породу не менее, чем на 150 см, но во всех случаях глубина закладки репера не должна быть меньше глубины наибольшего промерзания грунта плюс 100 см.

При наличии механизмов ударно-вибрационного действия на заболоченных территориях можно закладывать реперы, состоящие из нескольких свинченных друг с другом буровых штанг или труб диаметром 4 — 6 см с толщиной стенок не менее 0,3 см. К нижнему концу такого репера приваривают металлический конус. Штанги (трубу) забивают в грунт на такую глубину, чтобы конус вошел в подстилающую водонасыщенный слой породу не менее, чем на 300 см.

Верхний конец штанги (трубы), к которому приваривают марку, располагают на 30 см ниже поверхности земли.

Момент вхождения винтового якоря (специального наконечника или конуса) в плотную подстилающую водонасыщенный слой породу определяют по резкому замедлению скорости погружения репера в грунт.

Вокруг репера сооружают деревянный сруб размером 200 x 200 см и высотой 50 см, заполняемый торфом или минеральным грунтом. В срубе устанавливают металлический опознавательный столб длиной 100 см с охранной пластиной.

4.3.2.4. В северной и средней зонах области многолетнемерзлых грунтах закладывают в пробуренные или протаянные скважины трубчатые металлические реперы типа 150 (рис. 18). В качестве репера используют металлические трубы диаметром 6 см с толщиной стенок не менее 0,3 см. К верхнему концу трубы приваривают марку, а к нижнему многодисковый якорь, состоящий из металлического диска и восьми полудисков толщиной 0,5 — 0,6 см диаметром 15 см.

Тип 150 оп. знак.

Для лучшего ввинчивания (вдавливания) трубы в грунт металлический диск имеет лопасти. Трубу бетоном не заполняют. На наружную поверхность трубы наносят антикоррозийное и антипучинистое покрытие, а на внутреннюю только антикоррозийное.

При глубине протаивания грунта до 125 см основание репера располагают на 200 см ниже границы протаивания. Если глубина протаивания 125 см и более, то основание репера должно находиться на 300 см ниже границы протаивания.

При наличии в грунте каменистых включений, затрудняющих бурение и протаивание скважин, трубчатые реперы типа 165 (рис. 19) закладывают в котлованы. Вместо многодискового делают бетонный якорь диаметром 48 см и высотой 20 см. Основание бетонного якоря располагают на 100 см ниже границы наибольшего протаивания грунта.

Тип 9 оп. знак

У всех реперов в области многолетнемерзлых грунтов верхний конец трубы с приваренной маркой располагают на уровне поверхности земли.

В южной зоне области многолетнемерзлых грунтов, граница проходит по линии Воркута — Новый порт — Хантайна — Сунтар — Олекминск — Алдан — Аян, закладывают только трубчатые реперы с бетонными якорями. Если во время работ многолетнемерзлые грунты не обнаружены, то глубину закладки репера увеличивают на 50 см и верхний конец трубы с маркой располагают (за счет этого увеличения) на 50 см ниже поверхности земли.

Применять в южной зоне области многолетнемерзлых грунтов металлические якоря вместо бетонных запрещается.

4.3.2.5. В скалу, находящуюся на поверхности или залегающую на глубине до 70 см, закладывают грунтовый репер (рис. 19), который состоит из марки на цементном растворе. В 100 см от репера устанавливают железобетонный или трубчатый опознавательный столб с охранной пластиной. Опознавательный столб укрепляют в скале цементным раствором, наносят антикоррозийное покрытие и окрашивают. Вокруг опознавательного столба и над репером, если он находится на земной поверхности, выкладывают тур из камней высотой 50 см и диаметром до 1 м. Если скала залегает на некоторой глубине, то марку закрывают породой, а затем выкладывают тур.

Если скала залегает на глубине более 70 см, то применяют репер типа 176. На скале устанавливают железобетонный пилон с плитой (якорем). Пилон отливают такой высоты, чтобы его верхняя грань находилась на 50 см ниже поверхности земли.

В области многолетнемерзлых грунтов разрешается вместо железобетонного скального репера закладывать трубчатый репер с бетонным якорем.

Если вблизи репера на расстоянии до 50 м имеется отвесная скала, то на ней масляной краской ярких цветов рисуют треугольник со сторонами 100 см, внутри которого указывают номер репера и начальные буквы организации, выполнявшей работы.

4.3.2.6. Наружным оформлением грунтового репера являются канава и опознавательный столб в виде железобетонного пилона с плитой (якорем), устанавливаемого в 80 см от репера. В залесенных районах разрешается устанавливать деревянные опознавательные столбы. Размер нижнего основания канавы 20 см, верхнего — 120 см, глубина — 50 см, длина — 1280 см. Над репером насыпают курган высотой 30 см, диаметром 100 см. Длина пилона, имеющего в верхней части скосы на две грани, 140 см, а поперечное сечение 16 x 16 см. Диаметр плиты 48 см толщина 15 см. Соединение пилона с плитой такое же, как у реперов. Основание плиты располагают на 80 см ниже поверхности земли. При использовании якоря диаметром 34 см его высоту увеличивают до 25 см, а глубину закладки до 90 см. К опознавательному столбу надежно прикрепляют (при отливке пилона) охранную пластину. Надпись на пластине отливают или штампуют.

При установке опознавательного столба охранная пластина должна быть обращена в сторону репера.

Выступающую над поверхностью земли часть опознавательного столба окрашивают масляной краской ярких цветов (красной, оранжевой, желтой). Черной краской на столбе указывают номер реперов и название организации, заложившей его. Опознавательный столб может быть трубчатым. К верхней части трубы приваривают металлическую пластину, к которой на болтах прикрепляют охранную пластину. Трубу поверх антикоррозийного покрытия красят в пределах выступающей части масляной краской яркого цвета. На обратной стороне пластины надписывают черной краской номер репера и начальные буквы организации, заложившей его. К верхнему концу трубы приваривают заглушку. Нижний конец трубы должен иметь бетонный (металлический) якорь диаметром 48 см и толщиной 15 (0,5) см, заглубляемый в грунт на 100 см. При использовании якоря диаметром 34 см его высоту увеличивают до 25 см, а глубину закладки до 90 см. Верхняя часть трубчатого опознавательного столба должна располагаться на 100 см выше поверхности земли.

В залесенных районах области многолетней мерзлоты, а также на заболоченных территориях области сезонного промерзания грунтов, над грунтовым репером сооружают сруб из бревен размерами 200 x 200 см, высотой 50 см. Сруб заполняют грунтом и мхом, которые берут не ближе 15 м от репера. В срубе над репером устанавливают деревянный столб длиной 70 см, а рядом — металлический опознавательный столб. В радиусе 100 — 150 м от репера на деревьях на высоте 150 — 250 см делают десять отметок яркой краской.

В тундре над репером сооружают из земли и мха курган размерами 200 x 200 см, высотой 50 см. Курган покрывают слоем дерна. Над репером устанавливают деревянный столб длиной 70 см, а рядом опознавательный столб. Землю, мох и дерн берут не ближе 15 м от репера.

В области многолетней мерзлоты в зависимости от того, как закладывают репер, бурением (протаиванием) или в котлован, опознавательный металлический столб устанавливают на расстоянии 100 или 70 см от репера. Нижний конец трубы должен иметь якорь, который заглубляют в многолетнемерзлый грунт не менее чем на 50 см. Верхнюю часть опознавательного знака располагают на 100 см выше поверхности земли и окрашивают масляной краской ярких цветов.

4.3.3. Рабочими реперами могут быть отдельно лежащие камни размером не менее 1 м3, железные костыли или штыри, зацементированные в стену каменного или прочного деревянного здания, а также деревянные грунтовые реперы. Во всех случаях реперы должны быть выше уровня затопления местности.

4.3.3.1. Место рабочего репера на крупном камне или скале очищается от воды, мха и пропитывается водой. На части камня, обращенной к морю (водоему), выбирается место для установки рейки, которое очерчивается двумя кругами масляной краской и над ними делается надпись года закладки и принадлежности к ведомству. Вокруг камня сооружается из мелких камней и окапывается канавой курган высотой 0,3 м, диаметром 2 — 3 м.

4.3.3.2. Железные штыри или костыли для рабочего репера должны быть длиной не менее 150 мм и толщиной около 10 мм. Кроме их цементирования в стенах здания, при отсутствии построек, железный костыль может быть забит в многолетнее дерево диаметром ствола не менее 15 — 25 см. Костыль забивается на расстоянии 0,4 — 0,5 м от поверхности земли на стороне дерева, обращенной к уровенному посту. Над костылем делается затес и соответствующая надпись масляной краской.

4.3.3.3. Для рабочего грунтового репера применяется деревянный столб диаметром 15 — 20 см, длиной не менее 2,5 м, закопанный в землю на 2 м. На нижней его части врезается крестовина, а на верхней делается затес наполовину толщины бревна с полочкой, в которую забивается гвоздь со сферической шляпкой. Нижняя часть столба на протяжении около 2,3 м просмаливается или обжигается. Затем столб закапывается в грунт на глубину 2 м. Вокруг столба насыпается курган высотой 0,3 м, диаметром 3 м, затем роется отводная канава глубиной 0,3 м, шириной 0,8 м. На плоскости затеса столба пишется масляной краской название ведомства, номер репера и год закладки.

4.3.4 Документация, составляемая по окончании работ по закладке реперов:

отчет с пояснительной запиской;

журнал закладки реперов;

список заложенных реперов и схема их расположения (на карте наиболее крупного масштаба);

акты сдачи реперов под наблюдение за сохранностью (рис. 6);

фотографии зданий и скал, в которые заложены стенные реперы;

карты масштаба 1:25000 и крупнее, аэроснимки, на которых показаны местонахождения заложенных и обследованных реперов, абрисы. Масштаб абриса выбирается с таким расчетом, чтобы на нем поместились ближайшие ориентиры, указанные в описании местоположения репера. Абрисы составляют глазомерно, по картам, аэроснимкам в обычных топографических условных знаках, горизонтали на них рисуются условно, лишь для показа характера рельефа.

5. ПРОИЗВОДСТВО НИВЕЛИРОВАНИЯ

5.1. Геометрическое нивелирование

5.1.1. Геометрическое нивелирование является основным методом определения высотного положения измерительных устройств и реперов уровенных постов в Балтийской системе высот.

Нивелированием уровенных постов обеспечивается:

• связь основного репера поста с реперами государственной нивелирной сети;
• связь рабочего (контрольного) репера с основным репером уровенного поста;
• привязка постовых измерительных устройств и нуля поста к рабочему реперу.

5.1.2. Сроки выполнения нивелирования и содержание работ должны соответствовать техническому заданию на производство уровенных наблюдений по периодам съемочных работ.

5.1.2.1. Один раз за период работ производится связь основного репера поста с реперами государственной нивелирной сети двойным ходом нивелирования IV класса при расстоянии до них не более 3 км и двойными ходами нивелирования III класса (в прямом и обратном направлении) — при расстояниях от 3-х до 10 км.

5.1.2.2. В начале и конце периода работ производится связь рабочего репера с основным репером поста путем проложения двойных ходов нивелированием IV класса.

5.1.2.3. Привязка постовых устройств и нуля поста к рабочему (контрольному) реперу производится двойным ходом нивелирования IV класса при установке поста, после окончания наблюдений на посту, а также в период наблюдений после штормовых погод, ледохода, ледостава и вообще в каждом случае, когда возникает сомнение в неподвижности уровенной (водомерной) рейки или сваи.

5.1.2.4. В случае расположения репера государственной нивелирной сети более чем в 3 км от основного репера уровенного поста на нивелирные работы разрабатывается специальный технический проект. В проекте учитывается требование Инструкции по нивелированию I, II, III и IV кл.

Способы нивелирования III кл. и соответствующие методические рекомендации в настоящем Руководстве не рассматриваются.

5.1.3. Нивелирование IV класса выполняют в одном направлении способом средней нити, с применением нивелиров согласно п. 2.3.

5.1.4 Методика нивелирования.

При нивелировании IV класса отсчеты по черным и красным сторонам реек делают по средней нити, а для определения расстояний от нивелира до реек отсчитывают по верхней дальномерной нити по черным сторонам реек.

Порядок наблюдений на станции следующий:

отсчеты по черной стороне задней рейки;

отсчеты по черной стороне передней рейки;

отсчет по красной стороне передней рейки;

отсчет по красной стороне задней рейки.

5.1.4.1. Нормальная длина луча визирования — 100 м. Если работы выполняют нивелиром, у которого труба имеет увеличение не менее 30^{\times} , то при отсутствии колебаний изображений разрешается увеличивать длину луча до 150 м. Расстояние от нивелира до реек можно измерять дальномером. Неравенство расстояний от нивелира до реек на станции не должно превышать 5 м, а их накопление по секции — не более 10 м. Высота луча визирования над подстилающей поверхностью должна быть не менее 0,2 м.

Во время наблюдений на станции нивелир защищают от солнечных лучей зонтом.

5.1.4.2. Рейки устанавливают отвесно по уровню на костыли, башмаки, а на участках с рыхлым и заболоченным грунтом — на кольях.

На заболоченных участках рекомендуется применять нивелиры с компенсатором.

При перерывах нивелирование, как правило, заканчивают на постоянном или временном реперах. Разрешается также заканчивать нивелирование на трех костылях (кольях), забитых в дно ям глубиной 0,3 м. Нивелирование на обеих станциях выполняют по обычной программе, после чего костыли покрывают травой и засыпают землей.

После перерыва выполняют нивелирование на последней станции, а при необходимости — и на предпоследней. Из сравнения результатов нивелирования до и после перерыва устанавливают, какой костыль сохранил свое первоначальное положение, и от него продолжают нивелирование дальше. Костыли считаются сохранившими свое первоначальное положение, если полученные до и после перерыва значения превышения на станции различаются не более, чем на 3 мм. В обработку принимают наблюдения, выполненные как до, так и после перерыва. При больших расхождениях нивелирование по секции выполняют заново от постоянного репера.

5.1.4.3 Наблюдения на станции выполняют в такой последовательности:

1. Устанавливают нивелир в рабочее положение с помощью установочного или цилиндрического уровня.

2. Наводят трубу на черную сторону задней рейки, приводят пузырек уровня подъемным или элевационным винтом точно на середину и делают отсчеты по верхней и средней нитям.

3. Наводят трубу на черную сторону передней рейки и выполняют действия, указанные в п. 2.

4. Наводят трубу на красную сторону передней рейки и делают отсчет по средней нити.

5. Наводят трубу на красную сторону задней рейки и делают отсчет по средней нити.

При работе нивелиром с компенсатором отсчеты по рейке начинают сразу же после приведения нивелира в рабочее положение и наведения трубы на рейку. Перед отсчетом необходимо убедиться, что компенсатор находится в рабочем состоянии.

5.1.4.4. Если привязку к стенной марке нельзя выполнить при помощи подвесной рейки, то допускается применение других способов. Вместо подвесной рейки можно использовать обыкновенную проверенную металлическую линейку с миллиметровыми делениями или на стене отмечать проекции средней и дальномерных нитей нивелира, а расстояние по вертикали от центра отверстия марки до проекции нитей измерять проверенной стальной рулеткой или линейкой. Прежде чем вычислить превышение на станции, отсчеты в делениях линейки или рулетки переводят в систему делений на рейке. Проверку рулетки и линейки проводят по делениям на рейке. Наблюдения на станции, выполняемые этими способами, осуществляют дважды; перед повторными наблюдениями высоту нивелира изменяют не менее чем на 3 см.

5.1.4.5. Результаты наблюдений на станциях записывают в журнал установленной формы (Прил. № 7) или вводят в запоминающее устройство регистратора.

Расхождение значений превышения на станции, определенных по черным и красным сторонам реек, допускают до 5 мм с учетом разности высот нулей пары реек. При большем расхождении наблюдения на станции повторяют, предварительно изменив положение нивелира по высоте не менее чем на 3 см.

По окончании нивелирования по линии между исходными реперами подсчитывают невязку, которая не должна превышать 20\text{мм} \sqrt{L} . В таких же пределах допускают невязки в замкнутых полигонах, образованных линиями нивелирования IV класса. По мере завершения нивелирования заполняют ведомость превышений установленной формы (Прил. № 8).

5.1.5. Особенности нивелирования измерительных устройств уровенного поста.

5.1.5.1. Нивелирование водомерной рейки производят либо от контрольного репера к водомерной рейке и обратно (двухсторонний ход), либо дважды производят нивелирование от контрольного репера к рейке.

При нивелировании водомерной рейки, как правило, не удается поставить нивелирную рейку на одном уровне с нулем водомерной, поэтому за нивелирную рейку принимается сама водомерная рейка (рис. 20), по которой и берется отсчет нивелиром. Отсчет берется с точностью до 0,1 деления. Если длина водомерной рейки недостаточна для взятия по ней отсчета нивелиром, отсчет (рис. 21) производится по нивелирной рейке, которая устанавливается на специальную полочку, предназначенную для этих целей (при нивелировании водомерной рейки ГМ-3), или на верхний срез рейки при нивелировании, водомерных реек других типов.

В журнале необходимо дать зарисовку положения водомерной рейки, если она служит вместо нивелирной, или положение нивелирной рейки на водомерной. Кроме того, в этом случае следует записать длину P водомерной рейки от нулевого деления до места установки нивелирной рейки (полочки от верхнего среза), так как, не зная этой величины, невозможно определить превышение репера над нулем водомерной рейки.

Длина P определяется при установке водомерной рейки. Если эта величина неизвестна, поступают следующим образом: измеряют при помощи стальной рулетки с миллиметровыми делениями расстояние m от места установки нивелирной рейки до какого-либо целого деления l водомерной рейки. Эти измерения повторяют три раза, каждый раз до другого деления.

Длина P определяется по формуле

где l_{1} , l_{2} , l_{3} — значения l при первом, втором и третьем измерениях, см; m_{1} , m_{2} , m_{3} — значения m при первом, втором и третьем измерениях, см.

Пример:

Для получения отметки нуля водомерной рейки следует к отметке полочки (верхнего среза) водомерной рейки прибавить величину P.

Если водомерная рейка укреплена в таком месте, что доступ к ней для нивелирования затруднен, для определения отметки нуля поступают следующим образом. В непосредственной близости от нее выбирают точку с таким расчетом, чтобы можно было взять отсчет при нивелирной рейке, установленной в этой точке, и измерить превышение P_{I} этой точки над нулем водомерной рейки. Затем определяют нивелированием отметку H этой точки и измеряют величину P_{I} . Отметка нуля водомерной рейки H в этом случае равна P_{I} + H .

Если водомерная рейка укреплена на устое моста (рис. 22), а выбранная точка находится над ней, то при помощи рулетки измеряют расстояние m между этой точкой и каким-либо целым делением l. Измерения повторяют три раза, каждый раз до другого деления. Величина P_{I} вычисляется так же, как и величина P.

В журнале нивелирования следует дать зарисовку положения: нивелирной и водомерной реек (рис. 22).

В некоторых случаях, когда применение этого способа определения отметки нуля водомерной рейки затруднительно, можно прибегнуть к водной нивелировке.

Из-за погрешностей нивелирования всегда имеет место невязка хода; если она не выходит за пределы допустимой, отметку водомерной рейки следует исправить поправкой за невязку хода. При нивелировании замкнутым ходом исправленная отметка водомерной рейки вычисляется по формуле

где H' — исправленная отметка нуля водомерной рейки;

H_{0}\prime — отметка нуля водомерной рейки, полученная в результате нивелирования;

\Delta h — невязка хода, равная разности между принятой отметкой репера (исходной отметкой нивелирования) и отметкой его, полученной по окончании нивелирования; \Delta h может быть как положительной, так и отрицательной.

Если нивелирование производится разомкнутыми ходами, исправленная отметка нуля водомерной рейки равна

где H_{1}\prime — отметка нуля водомерной рейки, полученная в результате первого хода;

H_{2}\prime — отметка нуля водомерной рейки, полученная в результате второго хода.

Если невязка хода больше допустимой, нивелирование следует повторить до получения допустимой невязки.

Исправленную оплетку H' рейки сравнивают с ее прежней отметкой. Если H' отличается от прежней отметки на величину, не превосходящую допустимую невязку \Delta h\prime , то отметка рейки останется прежней. В противном случае принимают новую отметку, равную исправленной отметке рейки H'.

После вычисления отметки нуля водомерной рейки следует определить поправку для приведения нуля рейки к нулю поста (приводку). Для этого нужно от отметки нуля поста отнять отметку нуля рейки или от превышения репера над нулем рейки отнять превышение репера над нулем поста.

5.1.5.2. Нивелирование водомерных свай. Оно производится также двухсторонним ходом или двумя ходами. При нивелировании их следует руководствоваться указаниями, приведенными в п. 5.1.2.

Нивелирную рейку ставят на головки (шляпки гвоздей) водомерных свай. Нивелированию подлежат все сваи, доступные для установки нивелирной рейки, однако часть свай нивелируется как промежуточные точки. Промежуточными точками служат как сваи, расположенные в конце хода (сваи, погруженные в воду), так и сваи, расположенные между связующими точками. Последней связующей точкой при нивелировании от репера к сваям служит ближайшая к урезу воды свая, головка которой находится в момент нивелирования выше уреза воды. Связующими точками при обоих ходах должны служить одни и те же сваи.

Полученные в результате нивелирования отметки следует исправить поправками за невязку хода. Допустимая невязка определяется по формулам, приведенным в п. 5.1.4.5. Если невязка хода превосходит допустимую, нивелирование повторяют до получения допустимой невязки.

При нивелировании двусторонним ходом исправление отметки сваи производится следующим образом:

1. Находят невязку хода \Delta h . Она равна разности между принятой отметкой репера и отметкой репера, полученной в результате нивелирования; \Delta h может быть как положительной, так и отрицательной.

2. К отметкам всех свай, полученным в результате нивелирования ходом, направленным от свай к реперу (ходом «обратно»), следует прибавить (взять со знаком) невязку хода \Delta h .

3. За окончательные отметки принимают средние арифметические из отметок, полученных по ходу, направленному от репера к сваям (по ходу «вперед»), и исправленных, согласно пункту 2 отметок, полученных в результате нивелирования ходом «обратно» (от свай к реперу).

При нивелировании двумя ходами, направленными от репера к сваям, невязка хода равна разности между отметками последней связующей точки, полученными по первому и второму ходам.

За окончательные отметки свай принимаются средние арифметические из значений отметок, полученных по обоим ходам.

При нивелировании водомерных свай наиболее удаленные из них могут находиться в воде на столь далеком расстоянии от последней стоянки нивелира, что невозможно произвести нивелирование описанным выше способом. Высотные отметки этих свай определяются водной нивелировкой. Для этого в тихую погоду при гладкой поверхности моря измеряют уровень при помощи переносной водомерной рейки, установленной поочередно на нивелируемой свае и на ближайшей к ней свае, отметка которой известна. По рейке, устанавливаемой на каждой свае, производят по шесть отсчетов (с точностью до 1 см). Отметку нивелируемой сваи вычисляют по формуле:

где H — отметка нивелируемой сваи (значение H определяют с точностью до 0,01 м);

H_{1} — отметка ближайшей к ней сваи (значение H_{1} округляют до 0,01 м);

h_{1} — среднее из шести отсчетов, произведенных по рейке, установленной на свае, отметка которой известна (значение \Delta h_{1} дается в метрах);

h — среднее из шести отсчетов, произведенных по рейке, установленной на нивелируемой свае (значение \Delta h дается в метрах).

Пример. Отметка сваи № 13 H_{1} = 53,563\text{м} . Отсчеты по рейке, установленной на ней, равны 17, 16, 17, 17, 17, 17 см. По рейке, установленной на свае № 14, отсчеты равны 40, 41, 41, 41, 40, 40 см. Требуется определить отметку сваи № 14.

После определения отметок водомерных свай следует вычислить поправки для приведения головок свай к нулю поста (приводки). Приводки вычисляются так же, как и приводки нуля водомерной рейки.

5.1.5.3. Нивелирование самописца уровня моря (СУМ). При нивелировании самописца уровня моря определяется высотная отметка нуля контрольной водомерной рейки, по которой ведутся контрольные измерения; кроме того, определяется высота отметки площадки, на которой установлен СУМ.

5.1.5.4. Нивелирование ледовых водомерных реек (ледовых футштоков). Нивелирование ледовых водомерных реек, укрепленных в ряже (в ящике), и ледовых футштоков с подвесной рейкой следует производить так же, как и обычных водомерных реек.

Если из-за непрерывного колебания ледяного покрова нельзя установить нивелир на льду, его устанавливают на берегу и отсчет по рейке производят с берега, увеличив для этого длину луча, пренебрегая расположением нивелира строго посередине между ледовой рейкой и последней связующей точкой.

Если ледовая водомерная рейка удалена от берега на значительное расстояние, производится водная нивелировка. Для этого вблизи берега на достаточной глубине во льду пробивается лунка. В лунку вбивают кол на такую глубину, чтобы верхний край его был бы вровень с уровнем воды. На этот кол устанавливают нивелирную рейку и нивелируют горизонт воды. Если по условиям грунта или приглубости берега забить кол не представляется возможным, на краю лунки вырубается площадка в виде порожка, находящегося на одном уровне с урезом воды.

На эту площадку ставится нивелирная рейка при нивелировках горизонта воды. В обоих случаях при постановке нивелирной рейки как на кол, так и на ледяную площадку-порожек в лунке, нивелирование следует производить как можно быстрее, стараясь выполнить его за такой отрезок времени, в течение которого уровень воды в лунке может быть принят практически неизменным. Одновременно производят шесть отсчетов высоты уровня воды по ледовой водомерной рейке. Отсчеты производят с точностью до 1 см. В журнал нивелирования записывают результаты нивелирования кола, отсчеты по водомерной рейке и время производства их, а также отметку нуля водомерной рейки, приведенную к нулю поста.

Отметку нуля ледовой водомерной рейки вычисляют по формуле

где H — отметка нуля ледовой водомерной рейки (H определяется с точностью до 0,01 м);

H_{1} — отметка кола, полученная в результате нивелирования ( H_{1} — округляется до 0,01 м);

h — среднее арифметическое из отсчетов по водомерной рейке (h округляется до 0,01 м).

Пример. Отметка кола равна 5,853 м. Отсчеты по водомерной рейке равны 16, 15, 16, 16, 16, 16 см. Определяем отметку нуля водомерной рейки:

h = \frac{16 + 15 + 16 + 16 + 16 + 16}{6} = 15,8\text{см } \approx 0,16\text{м}

Отметка нуля поста равна 5,833 м (абс). Поправка для приведения нуля рейки к нулю поста (приводка) равна

5,69 — 5,83 = -0,14 м = -14 см

5.1.6. Нивелирование через препятствия шириной до 200 м выполняют по обычной методике, двумя приемами, с соблюдением равенства расстояний до передней и задней реек. Между приемами изменяют высоту нивелира на 3 — 5 см. Расхождение значений превышения из приемов допускают 4 мм при нивелировании III класса и 7 мм — IV класса.

Нивелирование через препятствия шириной 200 — 400 м выполняют нивелирами с плоскопараллельной пластинкой с применением щитков способом «совмещения», но число наведений на штрих щитка уменьшают до трех, а число сдвоенных приемов — до одного.

Нивелирование через препятствия приборами без плоскопараллельной пластины выполняют с применением щитков с белыми штрихами способом «подвижной марки», одним сдвоенным приемом. При этом на изображение средней нити трубы движением щитка подводят изображения белых штрихов по четыре раза. Ширина (в мм) белых штрихов щитка должна быть 0,06S, где S — ширина препятствия, м.

При любом способе нивелирования через препятствия превышения между постоянными реперами, полученные наблюдателем в полуприеме по главному и через контрольный створы, а также средние значения превышения, полученные каждым наблюдателем в сдвоенном приеме, не должны различаться более чем на 24\text{мм} \sqrt{S} , где S — ширина препятствия, км.

Нивелирование через препятствия шириной более 400 м по линиям III и IV классов выполняют в редких случаях, методами и приборами, предусмотренными для нивелирования II класса.

5.1.6.1. В исключительных случаях нивелирование III и IV классов через препятствия производят зимой по льду с соблюдением следующих условий:

нивелирование выполняют по наиболее короткому пути в возможно кратчайший срок;

на обоих берегах водоема заблаговременно закладывают по одному постоянному реперу;

перед началом нивелирования трассу очищают от снега; в местах для постановки реек пробивают во льду отверстия, в которые вмораживают деревянные колья длиной 20 — 30 см и диаметром 8 — 10 см с вбитыми в их торцы гвоздями со сферической шляпкой; в местах постановки нивелира для каждой ножки штатива вмораживают колья длиной 10 — 15 см и диаметром 8 — 10 см;

порядок наблюдений и допуски на станциях такие же, как и при обычном нивелировании.

Нивелирование по льду выполняют дважды как в прямом, так и в обратном направлениях. При наличии двух бригад нивелирование производят навстречу друг другу. Расхождения между средними значениями из двух прямых и двух обратных ходов допускают не более 10\text{мм} \sqrt{L} при нивелировании III класса и 20\text{мм} \sqrt{L} — IV класса.

Нивелирование по льду выполняют в периоды наименьших суточных колебаний льда. При выборе времени суток для производства работ руководствуются данными наблюдений за суточными колебаниями воды и льда, полученными на реечных водомерных постах.

При нивелировании через водоемы, где наблюдаются резкие изменения уровня льда, через каждые 10 мин. с одного берега нивелиром наблюдают за колебаниями поверхности льда. При наблюдениях используют рейку, прикрепленную к вмороженному в лед столбу, который отстоит от берега на расстоянии 50 м. По полученным данным вводят поправки в измеренное превышение.

Во время наблюдений не допускают скопления на льду людей и транспорта.

Нивелирование в одном направлении обязательно заканчивают в один день без перерывов в работе.

Работы осуществляют под руководством начальника партии.

5.1.6.2. Нивелирование IV класса через водные препятствия шириной 200 — 400 м разрешается выполнять по урезу воды.

На реке выбирают прямолинейный участок со спокойным течением. Вблизи уреза воды на обоих берегах выкапывают отводные канавы. По сигналу в канавах забивают по одному колу так, чтобы срезы кольев оказались одновременно на уровне воды. Работу выполняют в тихую погоду в периоды наименьших часовых колебаний уровня воды.

Колья в канавах тотчас же связывают нивелированием по ходу с реперами на берегах. Превышения между реперами на берегах равны сумме превышений по ходу.

Нивелирование по урезу воды производят дважды. Расхождения между двумя значениями превышения допускают до 20\text{мм} \sqrt{L} , где L — расстояние между реперами, км.

5.1.7. По окончании нивелирования при ходах длиннее 1 км составляют схему нивелирного хода (рис. 23). На листе бумаги наносят направление С-Ю, отмечают начальную точку (основной или контрольный репер) и от нее под углом к направлению С-Ю, равному азимуту отрезка хода между начальной точкой и первой связующей точкой в произвольном масштабе, откладывают отрезок, соответствующий этой части хода. На этом отрезке указывается место установки нивелира. Аналогичным образом проводятся отрезки, соответствующие остальным частям хода. На этом же чертеже наносят ситуацию окружающей местности условными обозначениями. К этой схеме должны прикладываться кроки на репер, которые служат для отыскания репера на местности (рис. 24).

Рис. 23. Схема нивелирного хода

Рис. 24. Образец кроки грунтового репера

5.2. Водное нивелирование

5.2.1. Физическая сущность метода водного нивелирования основана на свойстве воды в невозмущенном состоянии принимать горизонтальное положение, т.е. совпадать с уровенной поверхностью силы тяжести. Следовательно, если взять отсчеты среднего уровня m_{A} и m_{B} на постах A и B соответственно (рис. 27, стр. 149), то разность этих отсчетов окажется равной превышению (\Delta h) нулей указанных постов.

\Delta h = m_{A} - m_{B} . (5.2.1)

Однако в природе мы наблюдаем лишь мгновенные уровни f, высота которых формируется под воздействием многочисленных факторов. Для исключения влияния возмущающих факторов необходимо вводить в наблюденные уровни поправки. Вычисление их требует дополнительной информации, которая подчас отсутствует. Методы учета влияния возмущающих факторов на современном этапе знаний разработаны еще недостаточно строго, а некоторые из них громоздки. Это в первую очередь относится к учету влияния речного стока, неоднородности распределения температуры и солености морской воды. Методы учета воздействия ветра и неравномерного распределения атмосферного давления носят эмпирический характер.

В связи с этим, для ослабления влияния возмущающих факторов, прибегают к увеличению продолжительности наблюдений. В результате этого получают равенство

\Delta\overline{h} = \Delta\overline{f} , (5.2.2.)

которое означает, что превышение нулей постов исследуемых пунктов равно среднему арифметическому из разностей синхронных отсчетов мгновенного уровня, полученных при длительном наблюдении. Равенство 5.2.2 также показывает, что погрешность водного нивелирования зависит от периода синхронных наблюдений, а также от степени подобия колебаний уровня в исследуемых пунктах. Ориентировочные данные по степени точности водного нивелирования в зависимости от указанных факторов приведены в таблице 5.

Примечание. Погрешность представляет собой разность полученных превышений из геометрического и водного нивелирования.

5.2.2. Метод водного нивелирования рекомендуется использовать для определения высотного положения исследуемого пункта в том случае, если отсутствуют условия для береговой нивелирной связи или когда уровенный пост находится на недоступном для геометрического нивелирования месте (на острове, на стационарной или стоящей на якоре платформе), а также для привязки донных самописцев.

5.2.3. Для вычисления отметок реперов уровенных постов методом водного нивелирования необходимы синхронные уровенные наблюдения в исходном и определяемом пунктах, а также высоты реперов в исходном пункте в Балтийской системе высот.

В качестве исходных пунктов выбираются уровенные посты, расположенные в непосредственной близости от определяемого и имеющие одинаковый режим колебаний уровня.

5.2.4. Материалы уровенных наблюдений выбираются из заверенных выписок территориальных Управлений по гидрометеорологии и контролю природной среды или гидрометеорологических ежегодников. Сведения о нивелировании реперов и измерительных устройств (реек, самописцев) по каждому посту выбираются из соответствующих журналов нивелирования, ежегодных отчетов и технических формуляров уровенных постов, в которых также имеются характеристики, касающиеся качества работы, порядка наблюдений, описание закладки и местоположения реперов, выполнение нивелировок и т.п.

5.2.5. При отсутствии необходимых материалов организуются уровенные наблюдения по программе в соответствии с требованиями п. 3.

5.2.6 После получения материалов приступают к их анализу, который включает:

1. анализ нивелирования уровенных постов;

2. анализ материалов наблюдений (выявление грубых промахов, восстановление пропусков в наблюдениях).

5.2.6.1. Анализ материалов нивелирования выполняется для выявления неизменности высотного положения реперов, а также контроля правильности вычисления принятых отметок и поправок для приведения наблюденных уровней к принятым нулям постов.

В результате проведенного анализа должно быть установлено соответствие высотных отметок реперов каталогу высотной основы СССР и поправок к принятым нулям постов с учетом современных данных по высотной основе.

5.2.6.2. Анализ материалов измерений колебаний уровня для решения вопроса о пригодности (качестве) данных к дальнейшему использованию выполняется по следующим признакам:

1. полнота наблюдений (при больших перерывах в наблюдениях материал признается непригодным);

2. метрологическая обеспеченность приборов для регистрации уровня (при использовании малоточных регистраторов и не имеющих метрологической аттестации согласно требованиям НТД, а также применение для зимних условий ледовых реек с индексом, или других приборов, фиксирующих искаженные колебания, материалы признаются низкого качества).

5.2.6.3. Выявление грубых промахов и восстановление пропусков в наблюдениях может выполняться графическим или аналитическим методами.

ГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД. Для каждого года и одной пары уровенных постов строится график связи (на график наносятся 12 точек — по числу месяцев). При правильном приведении уровней к нулю поста и отсутствии грубых промахов точки на графике располагаются так, что через них можно провести прямую под углом 45° к осям графика (рис. 25). Разброс точек относительно прямой не должен превышать 10 см. При значительном уклонении точек от прямой для выявления поста, в котором допущены грубые промахи, необходимо выполнить графическое сравнение с другими постами.

а)

месячного уровня

б)

разности по исправленным среднегодовым уровням.

среднегодовых уровней

После установления уровенного поста, на котором наблюдались грубые промахи, определяют поправки в среднемесячные уровни по составленному графику связи между этим постом и исходным (который считается надежным по результатам анализа). Высота уровня на исследуемый месяц на исправленном посту определяется в следующем порядке: через ординату исходного поста, соответствующую высоте данного месяца, проводится прямая, параллельная оси абсцисс, до пересечения с кривой связи уровня; из точки пересечения опускается перпендикуляр на ось абсцисс; пересечение перпендикуляра с осью абсцисс соответствует искомой высоте уровня на данный месяц на исправленном посту. Разница по высоте наблюденного значения и полученного по графику связи представляет поправку. Аналогичным образом производится и восстановление пропусков.

Контроль вывода поправок выполняется также графическим способом по графику связи, построенному между данным исследуемым постом и другим близлежащим исходным пунктом. Отсутствие разброса точек и наличие связи подтверждают правильность исправления наблюденных уровней.

Таким образом, при построении графиков связи в различных вариантах выявляются грубые промахи и определяются соответствующие поправки в средние месячные уровни. Отсутствующие значения средних месячных уровней на каком-либо пункте восстанавливаются с таким расчетом, чтобы количество восстановленных значений за один год не превышало трех.

АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД. Восстановление пропусков в наблюдениях и исправление грубых ошибок производятся для каждого года отдельно по формуле:

m_{M_{i}}^{b} = m_{M_{i}}^{\delta} + \Delta m_{M} .

\Delta m_{M} = \frac{1}{K} (\sum_{l\epsilon L} m_{M_{i}}^{u} - \sum_{l\epsilon L} m_{M_{i}}^{\delta}) , (5.2.3)

где восстановление проводится для месяцев i, в которые есть наблюдения на исходном (базовом) посту m_{M_{i}}^{\delta} и нет измерений на исследуемом; m_{M_{i}}^{b} — восстановленное значение уровня; K — число месяцев, на которые есть общие наблюдения на обоих постах; L — множество таких месяцев; m_{M_{i}}^{u} — измеренный уровень на исправленном посту.

Далее для каждого года отдельно вычисляется коэффициент корреляции ч между значениями уровней двух исследуемых постов по формуле (7.4.11).

При коэффициенте корреляции для средних месячных уровней, лежащем в пределах

0,70 <= ч <= 1,0, (5.2.4)

полагают, что данные по колебаниям уровня приведены к одному нулю поста и не имеют грубых промахов. В противном случае производится расчет по формуле (5.2.3), приняв условие отсутствия среднего месячного уровня на первый месяц года, и вычисляется коэффициент корреляции с полученной величиной уровня. Результаты расчета повторяют последовательно на каждый месяц до тех пор, пока коэффициент ч не будет соответствовать условию (5.2.4). Величина поправки на определяемый месяц вычисляется как разность значений уровней, полученных по формуле (5.2.3) и наблюденных.

5.2.6.4. По проверенным средним месячным уровням рассчитываются средние годовые величины для каждого уровенного поста, которые в свою очередь подвергаются анализу путем вычисления коэффициента ч графическим методом или по формуле (5.2.3). При коэффициенте корреляции для средних годовых уровней, лежащем в пределах

0,85 <= ч <= 1,0, (5.2.5)

полагают, что данные приведены к одному нулю поста и не имеют грубых промахов.

Если коэффициент ч менее 0,85, то для установления причин значительной дисперсии точек и нахождения положений нуля поста в различные периоды и величин его систематических опусканий и подъемов необходимо исследовать все архивные материалы, относящиеся к работе данного поста.

5.2.6.5. В случае отсутствия таких материалов или в тех случаях, когда они оказываются сомнительными, решение задачи проводится путем выявления наличия систематических или случайных смещений нуля поста, методом построения графиков хронологического хода разностей среднегодовых уровней (рис. 25). Если данные наблюдений на одном из постов не приведены к одному нулю, то на графике обычно отчетливо видны две (или более) самостоятельные закономерности, часто отвечающие линейным зависимостям с одинаковыми угловыми коэффициентами, но различными свободным членами. Именно последние и определяют величины изменения нуля поста в те или иные периоды наблюдений. Если вблизи исследуемых постов нет пунктов, на которых приведение уровней к одному нулю может считаться совершенно достоверным, то такие графики следует строить по данным нескольких постов (двух, трех и более) с тем, чтобы определить, какой именно из рассматриваемых постов имел переменные нули отсчета.

Исключение погрешностей основано на нахождении параметров K и C уравнения средней квадратической регрессии способом наименьших квадратов для найденных периодов с приведенными данными к нулю поста (T_{\text{П}}) и неприведенными (T_{\text{Н}}) . Параметры K и C определяются по формуле (7.4.11) и рекомендациями Приложения 13. Используя полученные параметры для выделенных периодов (K_{\text{П}},C_{\text{П}}) , (K_{\text{Н}},C_{\text{Н}}) и учитывая, что разность \Delta C = \text{У}_{\text{П}} - \text{У}_{\text{Н}} характеризует величину смещения нуля поста в один период наблюдений относительно другого, находят ее путем решения уравнений

\text{У}_{i\text{П}} = K_{\text{П}}X_{\text{П}} + C_{\text{П}}

\text{У}_{i\text{Н}} = K_{\text{Н}}X_{\text{Н}} - C_{\text{Н}}

на каждый год наблюдений.

Следует отметить, что при выполнении условия K_{\text{П}} \pm M_{\text{КП}} = K_{\text{Н}} \pm M_{\text{КН}} разность \Delta C = \text{У}_{\text{П}} - \text{У}_{\text{Н}} = const , т.е. поправка для всего периода будет постоянной, в противном случае она вычисляется для каждого года отдельно.

Погрешность определения параметра K (коэффициент уравнения регрессии) оценивается по формуле:

где \epsilon_{\text{У}} , X, \overline{X} соответствуют обозначению в формуле (7.4.11).

5.2.7. При использовании для водного нивелирования ряда средних годовых уровней с продолжительностью наблюдений 10 лет и более необходимо выполнить обработку для определения поправок за влияние современных вертикальных движений земной коры в районе установки уровенных постов, т.к. кажущиеся изменения уровня h_{\text{Г}} хотя и проходят медленно, но в течение длительного времени сохраняют направление и поэтому приращения h_{\text{Г}} могут оказаться существенными. Для их устранения необходимо приводить отсчеты среднего уровня к эпохе проведения водной нивелировки по формуле:

где m_{\text{Г}(\text{И })}^{N} — значение среднего годового уровня в год N;

\overline{N} — год проведения нивелировки;

K — величина, характеризующая скорость движения земной коры.

Величина K может выбираться из таблиц скорости вертикальных движений на побережье морей СССР или вычисляться по формуле (7.4.11).

5.2.8. Прошедшие контроль качества значения уровней являются окончательными и служат для вычисления средних уровней по каждому уровенному посту в соответствии с правилами и требованиями п. 7.4.

5.2.9 Вычислив средние уровни за соответствующий период, находят высоту репера в определенном пункте по формуле:

где H_{1} , H_{2} — высоты реперов в исходном и определяемом пунктах;

h_{1} , h_{2} — превышение реперов над нулями постов в исходном и определяемом пунктах;

m_{1} , m_{2} — отсчеты (превышения) средних уровней над нулями постов в исходном и определяемом пунктах.

Вычисление высоты репера выполняется по выбранной схеме с обязательным контролем, т.е. с замыканием на репер с известной отметкой.

5.2.10. Допустимые невязки в зависимости от класса нивелирования определяются требованиями Инструкции по нивелированию I, II, III, IV классов.

Схема и пример вычисления высоты репера в определяемом пункте приводятся в Приложении 9.

6. НАБЛЮДЕНИЯ ЗА КОЛЕБАНИЯМИ УРОВНЯ

6.1. Производство наблюдений

6.1.1. Для производства круглосуточных наблюдений формируется группа наблюдателей в составе 3 — 4 человек, специально подготовленных для этих целей.

6.1.2. Группа наблюдателей на посту должна быть оснащена следующими приборами: часы судовые или другие стенные часы с недельным заводом для длительного хранения времени в помещении (палатке) дежурного наблюдателя; часы карманные или ручные (переносные) для дежурного наблюдателя при регистрации времени непосредственно около измерительных устройств; анемометр для определения скорости ветра; секундомер для фиксирования периода наблюдений при работе с анемометром; барометр для измерения атмосферного давления; барограф для регистрации атмосферного давления; бинокль для наблюдения отсчетов по рейкам; фонарь переносной для освещения реек в ночное время; радиоприемник для приема радиосигналов точного времени.

6.1.2.1. Основные часы поста (судовые или другие с недельным заводом), по которым отмечаются моменты высоты уровня, должны быть выверены и иметь аттестат с указанием колебания суточного хода. Эти часы должны храниться в неподвижном положении и заводиться в строго определенное время. Время на переносных (карманных или ручных) часах перед выходом наблюдателя из дежурного помещения к рейкам для отсчетов уровня необходимо сверять с временем на основных часах поста.

6.1.2.2. Анемометр, барометр и термометр также должны быть выверены и иметь аттестаты.

6.1.2.3. Во время работы часы систематически проверяются по радиосигналам времени. Поправки часов определяются с точностью до 1 — 3 минут не реже одного раза в 7 — 10 суток. Если поправка часов превышает 10 мин, часы переводятся, о чем в Журнале уровенных наблюдений делается соответствующая запись (п. 6.2).

6.1.3. Дежурный наблюдатель на реечном или свайном посту производит отсчеты уровня в установленные сроки наблюдений согласно п. 1.2.7 - 1.2.9.

6.1.3.1. Отсчеты уровня по рейке необходимо производить в соответствии с требованиями п. 1.2.5.

6.1.3.2. При волнении моря трижды делается по два отсчета, один из которых в момент наибольшего повышения, а другой в момент наибольшего понижения уровня. Для записи в журнал принимается среднее из этих отсчетов.

6.1.3.3. На свайном посту переносная рейка ставится ребром против волны и отвесно на шляпку гвоздя ближайшей к берегу покрытой водой сваи.

6.1.3.4. Если на посту установлено несколько реек и свай, то необходимо брать отсчеты одновременно по двум, находящимся в воде, рейкам (сваям), что послужит дополнительным контролем неизменности их высотного положения.

6.1.3.5. На комбинированных свайно-реечных постах фиксируются отсчеты одновременно по рейке и по свае.

6.1.4. Одновременно с отсчетами по рейке 4 раза в сутки в основные сроки наблюдений 0, 6, 12 и 18 час. всемирного времени ведутся наблюдения за атмосферным давлением, силой и направлением ветра, температурой воздуха, состоянием погоды и моря (волнение моря в баллах, облачность, осадки, видимость, балльность льда). Направление и скорость ветра определяют на возвышенном открытом для ветра месте.

6.1.5 Если на посту установлен самописец уровня, то в обязанности наблюдателя входит:

установка и снятие ленты;

внешний осмотр самописца и устранение видимых дефектов;

взятие отсчетов по контрольной рейке;

производство контрольных отметок на ленте;

завод часового механизма.

6.1.5.1. На ленте самописца одновременно с записью даты и отсчета по рейке делается контрольная отметка в виде горизонтальной черточки длиной 3 мм. Под чертой записывается время и отсчет по контрольной рейке. Эти отсчеты записываются также в Журнал уровенных наблюдений.

Смена ленты самописца производится ежесуточно в установленное время.

6.1.5.2. Неисправности работы самописца возникают при засорении соединения колодца или трубы, замерзании воды, засорении передаточного механизма. Для их устранения периодически производится чистка трубы, отверстий, заливка смеси керосина с маслом толщиной 5 — 6 см, очистка и смазывание костяным маслом передающего механизма.

6.1.5.3. Особенности работы донного самописца уровня регламентируются специальной инструкцией и рекомендациями п. 2.1.4.

6.2. Правила ведения журнала уровенных наблюдений

6.2.1 С момента установки уровенного поста в журнал заносятся основные сведения:

море (озеро), бухта, мыс, населенный пункт;

время открытия поста (начало наблюдений);

время, по которому ведутся наблюдения;

способ определения поправки часов;

сведения о закладке реперов, их описание, кроки и результаты нивелировки;

сведения о постовых устройствах и схематический профиль их расположения;

кроки уровенного поста с указанием расстояний до характерных объектов;

сведения о самописце (номер, система, период работы) и описание его установки;

описание контрольных реек самописца;

сведения о повреждениях устройства поста и их устранение;

сведение о нуле поста.

Правильность записей этих сведений проверяется руководителем работ и заверяется подписью.

6.2.2. Правильность определения и записи времени наблюдений является одним из главных элементов во всем комплексе наблюдений над уровнем. Во избежание путаницы при проверке часов поста по радиосигналам Московского времени в Журнале поста пишется время с учетом указаний п. 1.2.7.1 с полной формулировкой: «Зимнее время...» или «Летнее время... пояса»; указывается номер пояса по карте часовых поясов.

Взаимосвязь с гринвичским (всемирным) временем показывается по формулам (1.2.1), (1.2.2), (1.2.3) и (1.2.4).

6.2.2.1. За начало суток наблюдений принимается полночь (00 ч 00 мин). Счет времени ведется на 24 часа. Часы и минуты записываются двумя цифрами.

6.2.2.2. Если по данным проверки часов необходимо перевести часы на точное время, то в Журнале уровенных наблюдений делается подробная запись. Например:

«Показание контрольных часов равно 15 ч 00 мин;»

показание рабочих часов поста равно 15 ч 12 мин;

часы переведены назад на 12 мин, 31 августа 1990 г., подпись проверявшего».

6.2.3. Наблюдения по рейкам (сваям) через 10 мин. около моментов полных и малых вод, выполненные в течение получаса до и получаса после каждой полной или малой воды также записываются в Журнал, как и отсчеты в основные сроки.

6.2.4. Записи в Журнал делаются простым карандашом. Ошибочные записи зачеркиваются и пишутся верные с оговоркой в примечании о причине ошибки.

По окончании дежурства наблюдатели делают записи о времени сдачи и приема дежурства и оба наблюдателя заверяют смену своими подписями.

6.2.5. Контроль правильности уровенных наблюдений производится непосредственно в районе работ путем приведения отсчетов уровня к нулю поста и составления графика колебаний уровня к нулю поста и составления графика колебаний уровня (см. п. 7.2.1.2; 7.2.1.3).

6.2.5.1. На безливных морях, озерах и водохранилищах, где наблюдения ведутся 4 раза в сутки, вычисляется среднесуточный уровень из отсчетов по рейке, приведенных к нулю поста.

6.2.5.2. После получения данных наблюдений соседнего поста производится сравнение графиков по разностям отсчетов уровней. Скачок на кривой графика указывает на изменение положения нуля соответствующей уровенной рейки.

6.2.6 По результатам полевых работ на уровенных постах представляется для камеральной обработки следующая документация:

журналы наблюдений колебаний уровня и гидрометеорологических наблюдений;

график колебаний уровня;

журналы нивелирования уровенного поста и реперов;

ленты самописцев уровня с Журналом наблюдений по контрольной рейке;

пояснительная записка об организации производства уровенных наблюдений.

7. ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ УРОВЕННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

7.1. Основные требования

7.1.1. Основной целью обработки материалов уровенных наблюдений является определение поправок за уровень для приведения измеренных глубин в Балтийскую систему высот и получения высотных отметок дна, наносимых на съемочные оригиналы топографических карт шельфа и внутренних водоемов.

7.1.2. В целях сопоставления результатов съемки на топографических и морских навигационных картах для районов приливных морей проводится анализ соотношений высотного положения в Балтийской системе отсчетных горизонтов отметок дна и глубин. Необходимые сведения о положении СМУ и НТУ относительно нуля Кронштадтского футштока могут быть получены по данным уровенных наблюдений на постоянных УП соответствующих ведомств.

7.1.3. Обработке уровенных наблюдений предшествует проверка и оценка рабочих материалов. Производится проверка исходных данных высотной основы по результатам нивелирования основного репера уровенного поста с реперами государственной нивелирной сети, которая включает:

• проверку журналов нивелирования;
• контроль во вторую руку всех вычислений;
• составление отчетной схемы нивелирных ходов;
• уравнивание;
• вычисление отметок реперов уровенных постов в Балтийской системе высот и составление каталога.

При проверке сведений, относящихся к работе постов, устанавливается: по какому времени велись наблюдения за уровнем и его соответствие счету времени производства съемочных работ; продолжительность непрерывных наблюдений и даты нивелировок поста.

7.1.4 Обработка материалов уровенных наблюдений включает:

проверку привязки постовых устройств (реек, свай, самописцев уровня) и нуля поста к основному и рабочему реперам, а также контроль неизменности высотного положения постовых устройств за весь период уровенных наблюдений;

приведение всех отсчетов высот уровня к нулю поста в Балтийской системе высот по данным нивелировок;

построение графиков колебаний уровня по ежечасным отметкам высот;

определение высот мгновенного уровня на заданный момент времени по дискретным отсчетам на уровенных постах;

определение среднего уровня на временных уровенных постах;

анализ пределов действия уровенных постов, определение их рабочих зон;

определение количества зон K для поправок \Delta Z_{f} ;

вычисление поправок для приведения глубин к нулю Балтийской системы высот на участке съемки, находящемся в пределах действия уровенного поста;

вычисление поправок для приведения глубин к нулю Балтийской системы высот на участке съемки, находящемся вне пределов действия уровенного поста.

7.1.5 Дополнительно, согласно п. 7.1.2, в обработку может быть включено:

• вычисление гармонических постоянных;
• вычисление негармонических постоянных;
• вычисление наинизшего теоретического уровня НТУ.

7.1.6. Обработка материалов съемки должна быть организована так, чтобы обеспечивался всесторонний, систематический и надежный контроль на всех этапах.

Переход к каждому последующему этапу обработки разрешается только после тщательной проверки правильности выполнения предшествовавшей операции и только с санкции ответственного лица при наличии соответствующей отметки в формуляре или непосредственно на обрабатываемых материалах.

Все проверки производятся другими лицами и независимо от первого исполнителя, выполнявшего работу.

7.1.7. Выписка исходных данных (координат, высотных отметок и др.) контролируется второй рукой и используется лишь с письменного разрешения лица, руководящего обработкой материалов.

Исходные данные выписываются только из официальных каталогов (ВТС, ГУГК) или научно-технических (технических) отчетов подразделений гидрографической службы. Использование неофициальных каталогов и списков запрещается.

7.1.8. Если какие-либо данные, необходимые для вычислений, представляются другими организациями, то они должны быть получены в сроки, обеспечивающие выполнение календарного плана обработки. Для этого необходимо при составлении проекта съемки согласовывать с этими организациями сроки и форму представления материалов.

Материалы должны представляться с препроводительным письмом, подписанным руководителем организации, представляющей материалы; все цифровые данные должны быть сведены в таблицы, подписанные лицами, составившими и проверившими их.

7.1.9. Вычисления на ЭВМ должны выполняться с контролем, а вычисления вручную и графические работы — в две руки. Там, где это возможно, вычисления первой и второй руки рекомендуется вести по различным схемам.

Все вычисления вручную выполняются на бланках установленной формы или вычислительной бумаге обязательно чернилами или пастой и сразу набело. Запрещается делать вычисления в черновиках. Особое внимание следует обращать на ясность, полноту и правильность вычислений. Все отклонения от стандартных схем должны сопровождаться пояснительными записками.

7.1.10. Технические средства, используемые для обработки, должны периодически проверяться.

Проверка работы вычислительной техники осуществляется прохождением тестов или двукратными решениями задач различными способами.

7.2. Первичная обработка материалов уровенных наблюдений

7.2.1 Первичная обработка материалов уровенных наблюдений включает:

• исправление моментов отсчета уровня поправками часов;
• приведение всех отсчетов высоты уровня к нулю поста;
• составление таблиц ежечасных высот уровня;
• построение графиков колебаний уровня моря.

7.2.1.1. Исправление моментов отсчета уровня выполняется непосредственно в журнале уровенных наблюдений. Поправка часов на каждые сутки вычисляется по результатам сличения рабочих часов уровенного поста с контрольными часами в период его работы по формуле:

где i — номер сличения;

\Delta T_{i} = T_{\text{К}} - T_{\text{УП}} — разность времени контрольных и рабочих часов уровенного поста при i-ом сличении;

T_{i} — период, в сутках между i и i — 1 сличением.

7.2.1.2. Приведение отсчетов высоты уровня к нулю поста производится в журнале уровенных наблюдений на основании данных нивелировок уровенного поста (п. 5.1.5.2).

Высотная поправка за приведение отсчетов к нулю поста записывается в журнал уровенных наблюдений в начале каждых суток или постранично.

7.2.1.3. Составление таблиц ежечасных высот уровня выполняется по форме, приведенной в журнале уровенных наблюдений.

7.2.1.4. График колебаний уровня строится на миллиметровой бумаге; по оси абсцисс откладывается время, а по оси ординат высоты уровня. Масштаб графика выбирается в зависимости от характера прилива и амплитуды колебаний уровня.

По нанесенным на график точкам, соответствующим ежечасным отсчетам высоты уровня, проводится плавная кривая. При этом промахи в наблюдениях, а также выбросы, имеющие случайный характер, отбрасываются. Точки, которые при проведении кривой не учитываются, закрепляются тушью и обводятся кружком.

При сглаживании кривой колебаний уровня следует помнить, что графическая фильтрация несет в себе элемент субъективизма и может приводить к значительным искажениям. При возникновении сомнений или в случае, когда данные наблюдений имеют явно выраженные случайные погрешности (шум, который является следствием ветрового волнения моря, инструментальных ошибок, погрешностей снятия отсчетов и т.п.), рекомендуется использовать аналитические методы сглаживания или фильтрации.

Построенный график после проверки во вторую руку закрепляется тушью и оформляется записями: название уровенного поста, район акватории с указанием моря (озера, водохранилища), название экспедиции, дата начала и конца наблюдений, сроки наблюдений в соответствии с п. 1.2.7.1.

7.2.2. Если наблюдения производились с помощью измерителей колебаний уровня (самописцев ГМ-28, СУМ, СУВ и т.п.), то снимаемые с лент ежечасные высоты уровня исправляются двумя поправками: за время и высоту.

Поправка за время вычисляется по результатам сопоставления моментов отметок, сделанных в часы срочных наблюдений с показаниями часов на бланке самописца.

Поправку за высоту определяют по результатам приведения отсчетов положений пера самописца к показанию нуля графика (основываясь на записях этих показаний при смене лент). Для приведения показаний самописца к нулю контрольной рейки необходимо к высотам, отсчитанным от нуля графика, прибавить постоянную поправку за разность высоты нуля графика и нуля контрольной рейки.

Обработку записей самописца ведут на самой ленте.

Если кривая записи на ленте в некоторых местах имеет размытый характер, то в таких местах проводится осреднение показаний путем проведения линии по середине размыва.

По снятым с ленты самописца и исправленным отсчетам строится график колебаний уровня согласно п. 7.2.1.4.

7.2.3. Обработка результатов измерений мареографа «Шельф» выполняется в следующем порядке.

Результаты измерений уровня и температуры воды, записанные на магнитной кассете, обрабатываются на ЭВМ путем ввода данных через плату сопряжения БОД по стандартной программе.

Предварительные результаты выполненных измерений могут быть получены путем выборочной распечатки части материала на телетайп (примерно 100 циклов измерений) и построения по этим данным наглядного графика на миллиметровой бумаге. Если график строится только для оценки исправности работы прибора и контроля возможных грубых отскоков или пропусков записи, то введение поправок за температуру и атмосферное давление не обязательно. Если выполняется сравнение наблюдений с данными берегового уровенного поста или другого мареографа, в показания датчика уровня необходимо ввести упомянутые поправки. Поправка за температуру определяется по формуле

где \Delta f_{t} — поправка к уровню водяного столба (см);

\alpha — паспортный температурный коэффициент датчика с учетом температурного коэффициента воздуха внутри корпуса;

t — температура воды в момент наблюдения;

t_{0} — температура воды первого отсчета серии наблюдений.

Поправка за атмосферное давление определяется по формуле

где \Delta f_{p} — поправка к уровню за атмосферное давление (см);

\beta — 1 см/гкПа — барометрический коэффициент;

P — атмосферное давление в момент отсчета в гкПа (или мб);

P_{0} — атмосферное давление, соответствующее первому отсчету в данной серии наблюдений.

Вычисленные поправки прибавляются к отсчету датчика уровня с учетом полученного знака.

Если в датчике уровня наблюдается медленный дрейф характеристики (тренд), который обнаруживается при подъеме прибора по смещению начального отсчета, то вводится дополнительная поправка на тренд. Суммарная поправка, накопившаяся за период автономной работы, делится на число суток наблюдений и затем распределяется равномерно по датам в предположении линейной зависимости дрейфа от времени.

При нормальной работе мареографа график колебаний уровня, построенный по часовым отсчетам, имеет гладкий характер без выбросов с четко выраженными суточной и полусуточной составляющими, аналогичный записи берегового поплавкового мареографа.

Для учета влияния солености морской воды вводится дополнительный поправочный коэффициент на плотность воды

где f_{i} — исправленный уровень;

f_{0} — исходный уровень;

\rho — плотность воды.

Максимальная плотность морской воды при солености 35% и температуре 0 °C составляет 1,028, так что максимальная погрешность измерения от неучета плотности может составить 2,8%.

7.2.4 Контроль первичной обработки уровенных наблюдений заключается в проверке:

• соответствия уровенных наблюдений программе и техническому заданию;
• журналов уровенных наблюдений;
• журналов нивелировок уровенного поста и постовых устройств;
• графиков колебаний уровня;,
• всех других документов, которые относятся к работе уровенного поста.

7.3. Определение высоты мгновенного уровня на заданный момент времени

7.3.1. Измерение глубин в процессе съемки шельфа осуществляется относительно уровенной поверхности моря (водоема), непрерывно перемещающейся по высоте. Ее положение в любой конкретный момент времени фиксируется лишь на уровенных постах, как высота мгновенного уровня f относительно нуля поста. При этом в обработку могут поступить «Таблицы ежечасных уровней, моментов и высот полных и малых вод», таблицы значений уровней по наблюдениям на постоянных уровенных постах других ведомств, либо соответствующие журналы наблюдений на временных или дополнительных постах, установленных экспедициями, выполнявшими съемку. В результате может возникнуть ситуация, когда полученные данные имеют разные сроки наблюдений или только срочные (через 4 или 6 часов).

7.3.2. Для случая, когда велись только срочные наблюдения, в периоды между этими сроками, высоты уровня рекомендуется восстанавливать в следующем порядке:

• предвычисляется приливная часть уровня по гармоническим постоянным на каждый час относительно среднего уровня (Приложение № 18);
• рассчитывается разность (\Delta_{m}) между наблюдениями и предвычисленными высотами прилива на моменты срочных наблюдений (разности \Delta_{m} принимаются как поправки к среднему уровню);
• вычисляются промежуточные значения (на каждый час) среднего уровня путем линейной или параболической интерполяции (Приложение № 12).

7.3.3. Пропуски в наблюдениях на каком-либо УП восстанавливают путем предвычисления ежечасных высот приливной части уровня по отношению к среднему уровню, а непериодическую составляющую передают с одного — двух постов методом сравнения по уравнению регрессий (Приложение № 13).

7.3.4. Высоты мгновенного уровня в промежутках между ежечасными (срочными) значениями получают графическими либо аналитическими приемами.

Графический прием используют при традиционной методике обработки материалов съемки, когда суммарные поправки измеренных глубин отмечают непосредственно на эхограммах. В этом случае на миллиметровой бумаге строят график колебаний уровня по таблицам непосредственных наблюдений, либо по отсчетам на лентах мареограмм согласно п. 7.2.1.4.

Полученные на графике отметки высот соединяют плавной кривой, относительно которой на любой текущий момент времени снимается высота мгновенного уровня (f_{i}) .

7.3.5. Аналитические методы позволяют определять высоты мгновенного уровня в масштабе реального времени и с высокой точностью. В зависимости от характера прилива, его величины, дискретности отсчетов, требуемой точности и наличия вычислительной техники с этой целью могут быть использованы следующие приемы:

• линейная интерполяция;
• параболическая интерполяция;
• сплайновая интерполяция;
• уравнение полуприлива.

7.3.5.1. Линейная интерполяция позволяет получать промежуточные высоты мгновенного уровня, если участок кривой между двумя смежными дискретными отсчетами может быть заменен хордой без заметных искажений. В этом случае промежуточное значение высоты мгновенного уровня может быть получено по формуле:

где \Delta T — интервал времени между двумя стандартными отсчетами;

f_{i} , f_{i + 1} — отсчеты уровня в смежные стандартные моменты;

\Delta t — приращение времени от предшествующего стандартного отсчета до момента промежуточного отсчета.

Погрешность определения промежуточных высот мгновенного уровня линейной интерполяцией по стандартным ежечасным отсчетам оценивается величиной \Delta_{\text{Л}} :

где T, F — период и амплитуда прилива.

Для полусуточных приливов (T = 12,4)

Для суточных (T = 24,8)

7.3.5.2. Параболическая интерполяция базируется на использовании четырех дискретных отсчетов ( f_{i - 1} , f_{i} , f_{i + 1} , f_{i + 2} ) и реализуется формулой

где

Погрешность параболической интерполяции оценивают величиной

Для полусуточных приливов

Для суточных приливов

7.3.5.3. Интерполяция на основе локального кубического сплайна обеспечивает высокую точность промежуточных высот мгновенного уровня и реализуется формулой (7.3.5), но коэффициенты a_{i} здесь получают на основе шести узловых точек по отсчетам высот мгновенного уровня ( f_{i - 2} , f_{i - 1} , f_{i} , f_{i + 1} , f_{i + 2} , f_{i + 3} )

Расчет по 6-ти узловым точкам увеличивает объем необходимой исходной информации и промежутки времени, в течение которых она накапливается. Этот недостаток существенно снижает возможности практической реализации сплайна.

Важными точками кривой изменения высоты мгновенного уровня являются моменты полных и малых вод. Определение экстремумов осуществляется по пяти дискретным отсчетам уровня f в моменты времени t_{i - 2} , t_{i - 1} , t_{i} , t_{i + 1} , t_{i + 2} , на интервале которых происходит изменение знака приращения уровня. Используя коэффициенты a_{1} , a_{2} , a_{3} параболической интерполяции, определяют приращение \Delta t относительно ближайшего отсчета t_{i} , после которого происходит смена знака приращения уровня

Действительным корнем (7.3.9) является значение \Delta t , которое отвечает условию 0<\Delta t<1 . В этом случае

Алгоритм, программа и инструкция для расчета по формулам (7.3.5), (7.3.9), (7.3.10), (7.3.11) приведены в Приложении 12.

7.3.5.4. При известных смежных моментах и уровнях экстремальных вод ( \theta_{\text{ПВ}} , h_{\text{ПВ}} ; \theta_{\text{МВ}} , h_{\text{МВ}} ) на уровенном посту с правильными или близкими к ним приливами, высоту мгновенного уровня f_{t} получают по общей формуле гармонического колебания

где F = \frac{1}{2} (h_{\text{ПВ}} - h_{\text{МВ}}) — амплитуда полуприлива;

m_{\text{ПП}} = \frac{1}{2} (h_{\text{ПВ}} + h_{\text{МВ}}) — средний уровень на отрезке полуприлива;

\Delta T = (\theta_{\text{ПВ}} - \theta_{\text{МВ}}) — время полупериода на том же участке.

Расчеты по (7.3.11) при соблюдении общих условий превосходят по точности предвычисления высот по гармоническим постоянным и близки к результатам параболической интерполяции.

7.3.5.5. В реальных условиях погрешности вычислений высот мгновенного уровня возрастают по сравнению с оценками, указанными в п. 7.3.5.1, 7.3.5.2, а также при предвычислении по гармоническим постоянным по двум причинам:

• отклонение принятых теоретических моделей от действительного характера приливных колебаний;
• отличие реальных промежутков дискретности от принятых в (7.3.1), (7.3.5), (7.3.9), (7.3.11), где они равны 1 часу.

Ниже в таблице приведены относительные статистические оценки уклонений расчетных уровней от реальных, полученные по результатам сравнения на 12 постах в Белом и Охотском морях с правильными и неправильными полусуточными приливами при амплитудах от 80 до 300 см.

\delta_{m} = \frac{\Delta m}{F} — максимальные уклонения

\overline{\delta} = \frac{|\overline{\Delta}|}{F} — средние уклонения

m_{0} = \frac{m_{0}}{F} — средние квадратические уклонения

7.4. Определение среднего уровня моря.

7.4.1 Определение среднего уровня на постоянных УП.

7.4.1.1. Средний уровень моря является широко используемой уровенной поверхностью при решении многочисленных практических и научных задач. В зависимости от требований к стабильности и точности определения высотных отметок этой поверхности используется соответствующая терминология. Термин «средний уровень моря» показывает, что он определяется как некоторый средний уровень, полученный по результатам осреднения наблюдаемых мгновенных уровней. В зависимости от периода осреднения различают:

• средние суточные;
• средние месячные;
• средние годовые;
• средние многолетние уровни.

Оценкой математического ожидания высоты уровня служит среднее арифметическое значение m, полученное за соответствующий период по результатам непосредственных измерений. Следовательно, средний суточный уровень определяется, как среднее из n отсчетов f_{i} мгновенного уровня, полученных за сутки в установленные сроки наблюдений.

m_{\text{с}} = \frac{1}{n} \sum_{i = 1}^{n} f_{i} . (7.4.1)

По средним ежесуточным уровням вычисляют среднемесячный уровень

m_{M} = \frac{1}{K} \sum_{j = 1}^{K} m_{\text{с}_{j}} . (7.4.2)

Далее в таком же порядке получают:

средний годовой уровень

m_{\text{Г}} = \frac{1}{12} \sum_{l = 1}^{12} m_{M_{l}} , (7.4.3.)

средний многолетний уровень

\overline{m} = \frac{1}{N} \sum_{S = 1}^{N} m_{\text{Г}_{S}} . (7.4.4)

7.4.1.2. Погрешности определения средних уровней зависят от погрешности измерения высот мгновенных уровней на постах, от степени изменения уровня в зоне их действия, а также от размера выборки. Систематические погрешности обусловлены, главным образом, определением высотной отметки нулей постов и выявляются по результатам сравнения с ближайшими реперами государственной нивелирной сети.

Другой источник систематических погрешностей связан с вертикальными движениями земной коры. На постоянных УП скорости вертикальных движений выявляются по графикам многолетнего хода средних годовых уровней и учитываются введением соответствующих поправок (п. 5.2.7). Случайные погрешности возникают в результате неточных измерений (инструментальные) и дискретности отсчетов мгновенного уровня (методические).

Величины инструментальных погрешностей приводятся в паспортах самописцев или выявляются путем сравнения с эталонными измерениями.

Случайные погрешности из-за дискретности измерений оказывают непосредственное влияние на среднесуточные уровни. Среднесуточный уровень, определенный по 24 ежечасным отсчетам, называют действительным. Погрешность этого уровня с вероятностью 99,7% не превышает 2 см. С такой же точностью определяются среднесуточные уровни на неприливных и приливных морях при величине прилива менее 1 м. На морях с приливами более 1 м эти погрешности возрастают до 5 — 17 см.

Средние квадратические уклонения среднего уровня вычисляются по формуле внутренней сходимости

m_{f} = \sqrt{\frac{\sum (f_{i} - m)^{2}}{n - 1}} (7.4.5)

Точность среднего уровня наиболее полно характеризуют доверительным интервалом \epsilon .

m = m_{f} \pm \epsilon ,

\epsilon = t_{\alpha} \frac{m_{f}}{\sqrt{n}} , (7.4.6)

где t_{\alpha} — критерий Стьюдента, выбираемый из таблиц по значению доверительной вероятности \alpha и числу членов выборки n.

Доверительная вероятность обычно назначается в пределах от 0,84 до 0,95.

Погрешность определения средних уровней на морях СССР в зависимости от продолжительности наблюдений приведена в табл. 7.

Таблица 7

Средний многолетний уровень, вычисленный по непрерывному ряду наблюдений с погрешностью, не превышающей погрешность отсчетов (1 см) и не отклоняющейся более этой величины при увеличении периода наблюдений, называется установившимся или нормальным. Продолжительность непрерывных наблюдений для этой цели составляет не менее 10 лет. Другим требованием к такому уровню является исключение смещений в результате тектонических процессов, путем приведения к неизменному за весь период нуля поста, согласно п. 5.2.

7.4.2. Определение среднего уровня на временных и дополнительных уровенных постах. Дополнительные и временные уровенные посты устанавливаются, как правило, непосредственно в районе работ в тех случаях, когда действующая сеть постоянных пунктов не обеспечивает надежное и точное определение поправок \Delta Z_{f} за колебание уровня моря. Особенность этих постов состоит в сокращенных периодах непосредственных наблюдений (только в период съемки на временных и 2 — 6 месяцев — на дополнительных). По этой причине не представляется возможным получить отсчеты СМУ относительно нуля поста с необходимой точностью и, следовательно, определять поправки \Delta Z_{f} за колебание уровня в период съемки рельефа.

Для фиксирования отсчетов СМУ в этих условиях используют три основных способа:

геометрическое нивелирование;

водное нивелирование;

расчет по уравнению регрессии (способ сравнения).

7.4.2.1. Передача среднего уровня способом геометрического нивелирования состоит в том, что его отсчет получают по разности абсолютных высот \Delta h реперов временного (B) и постоянного (A) уровенных постов (рис. 26).

С этой целью прокладывают нивелирный ход к ближайшему реперу государственной нивелирной сети и получают абсолютную отметку высоты репера временного поста B. Абсолютная высота H_{\text{А}} репера постоянного поста известна, что позволяет получить превышение \Delta h .

На постоянном УП известны: отсчет m_{\text{А}} среднего многолетнего уровня A_{0} и его превышение h_{0} относительно репера R_{\text{А}} . На временном посту известно превышение h_{\text{ВР}} нуля поста относительно репера R_{\text{В}} . Тогда отсчет среднего многолетнего уровня m_{\text{ВР}} относительно нуля временного поста получим по формуле:

7.4.2.2. Передача среднего уровня способом водного нивелирования осуществляется в случае невозможности использовать геометрическое нивелирование. В этом случае отсчет мгновенного уровня (рис. 27) относительно нуля временного поста вычисляется по формуле:

где \Delta h — превышение между нулями уровенных постов, определяемое как средняя разность отсчетов f_{\text{А}} , f_{\text{В}} из синхронных наблюдений на исследуемых постах. Серия синхронных наблюдений не должна быть менее 15 суток. Передача среднего уровня должна осуществляться как минимум от двух постоянных уровенных постов.

Окончательное значение среднего уровня при использовании для передачи двух и более постоянных уровенных постов находится из выражения:

где P_{i} — продолжительность наблюдений на исследуемой паре уровенных постов, принимаемое за вес.

7.4.2.3. Расчет отметки СМУ на временном УП с помощью уравнения регрессии основан на том, что колебания уровня моря происходят под воздействием закономерных физических процессов. Именно это позволяет, например, прогнозировать величину и время прилива. Однако, помимо влияния основного фактора, высота уровня поверхности зависит также от целого ряда иных, которые вызывают даже на относительно близких постах приращения высоты разные не только по величине, но и по знаку. В этом случае имеет место не функциональная, а статистическая (корреляционная) зависимость.

Если обозначить высоту мгновенного уровня на постоянном уровенном посту через X, а на временном — Y, то уравнение средней квадратической регрессии будет представлено следующей группой формул:

где Y_{(X)} — высота уровня на временном посту, когда на постоянном она равна X;

K = \text{ч} \frac{m_{Y}}{m_{X}} — коэффициент уравнения регрессии;

C = \overline{Y}\text{ч} \frac{m_{Y}}{m_{X}} X — постоянная уравнения регрессии;

\text{ч} = \frac{1}{nm_{X}m_{Y}} \sum [(x_{i} - \overline{X})(y_{i} - \overline{Y})] — коэффициент корреляции;

- средние арифметические значения высоты уровня на постоянном и временном УП за период сравнения;

- средние квадратические уклонения уровня от среднего на постоянном и временном постах.

Для оценки общей средней квадратической погрешности \epsilon_{y} предвычисленного значения высоты Y_{(x)} уровня на временном посту используют формулу:

Алгоритм и программа для расчета, а также пример расчета СМУ на временном УП с помощью уравнения регрессии приведен в Приложении 13.

Способ пригоден для передачи СМУ с постоянных на временные или дополнительные посты на приливных морях и морях без приливов.

В первом случае он носит название способа соответственных высот, а во втором — способа синхронных наблюдений.

7.4.2.4. Способ синхронных наблюдений заключается в производстве одновременных отсчетов мгновенного уровня на одном или нескольких постоянных уровенных постах и временном (дополнительном) посту. Для каждой пары постов составляется хронологическая таблица отсчетов высоты мгновенного уровня в назначенные моменты наблюдений за весь период сравнения, а затем ведется обработка этого ряда по алгоритму средней квадратической регрессии.

Связь колебаний в каждой паре пунктов считается надежной, если коэффициент корреляции ч >= 0,85. Отсчет СМУ на временном посту в этом случае определяют по известному отсчету m постоянного уровенного поста, согласно (7.4.9).

Если получены значения (m_{\text{ВР}}) по уравнениям регрессии для нескольких пар УП, в качестве результата принимают либо средневзвешенную величину, либо результат при наименьшем значении \epsilon_{y} .

7.4.2.5. Способ соответственных высот базируется на использовании последовательной серии высот полных и малых вод постоянного и временного уровенных постов приливного моря. Для передачи отсчета m среднего многолетнего уровня или отсчета n наинизшего теоретического уровня выбираются пары постов с одинаковым характером приливных колебаний, одинаковой последовательностью низких и высоких вод, одинаковым режимом сгонно-нагонных колебаний.

Связь между парами постов полагают надежной при ч >= 0,85 и надежности уравнения регрессии \epsilon_{y} \leq 10\text{см} .

Для формирования уравнений регрессии составляют выборки раздельно для серий полных и малых вод, в каждой из которых число членов n должно составлять около трех десятков. Отметки СМУ m_{\text{ВР}} на временных постах получают по формуле (7.4.13), члены которой получают в каждой выборке на основе решений уравнений регрессии для полных, малых вод или прилива в целом.

Отметку НТУ (n_{\text{ВР}}) целесообразно рассчитывать по элементам уравнения регрессии и из выборки для малых вод:

где n — отсчет НТУ на постоянном УП.

7.4.2.6. На временных постах не всегда удается получить нормальный ряд отсчетов малых и полных вод. Поэтому оценки m_{\text{ВР}} и n оказываются ненадежными.

Результаты расчета по короткому ряду временного поста можно привести к надежным оценкам опорного постоянного поста по корреляционной связи между соответствующими уровнями на основе устойчивых оценок \overline{X_{N}} , m_{xN} , полученных из нормального ряда по формулам:

\overline{Y_{N}} = \overline{Y_{n}} + \text{ч} \frac{m_{yN}}{m_{xN}} (\overline{X_{N}} - \overline{X_{n}}) , (7.4.15)

m_{yN} = \frac{m_{yn}}{\sqrt{1 - \text{ч}^{2}[1 - (\frac{m_{xn}}{m_{xN}})2]}} (7.4.16)

\overline{Y_{N}} — искомый средний многолетний уровень временного поста;

\overline{X_{N}} — известный средний многолетний уровень постоянного поста;

\overline{X_{n}} — средний уровень постоянного поста в коротком синхронном ряду наблюдений;

m_{x} , m_{y} — средние квадратические уклонения уровня на постоянном и временном постах за период № и n соответственно;

ч — коэффициент корреляции, полученный при синхронных наблюдениях.

Точность отсчета СМУ, переданного рассмотренным приемом на временный пост, приближенно оценивается формулой:

\epsilon_{YN} = \frac{m_{y}}{\sqrt{n}} \sqrt[n]{1 - \frac{N - n}{N} \text{ч}^{2}} . (7.4.17)

Пример передачи СМУ на временный УП по короткому ряду приведен в Приложении 14.

7.5. Расчет поправок по одному уровенному посту

7.5.1. Если участок съемки находится в пределах действия одного уровенного поста, то поправки для исправления измеренных глубин вычисляются по формулам:

а) для получения отметок дна H, наносимых на топографические карты шельфа и внутренних водоемов

\Delta Z_{f} = - (H_{\text{ОР}} + f) .

б) для получения глубин Z, наносимых на морские навигационные карты

\Delta Z_{f} = n - f ,

где H_{\text{ОР}} — отметка нуля рейки поста в Балтийской системе высот;

f — отсчет мгновенного уровня по рейке в момент измерения глубин;

n — отсчет по рейке, соответствующий установленному для морских карт нулю глубин.

7.5.1.1. Величину \Delta Z_{f} можно снять непосредственно с предварительно изготовленного графика. График строят с учетом требований п. 7.2. на каждую дату и период суток, во время которого производилась съемка. На графике проводят горизонтальную линию, соответствующую отсчету нуля Балтийской системы (БС) высот или нуля глубин. Разность ординат мгновенного уровня и нуля БС или нуля глубин будет представлять поправку \Delta Z_{f} в момент измерения каждой глубины. Величины поправок снимают с графиков через промежутки времени, соответствующие их изменению на 0,1 м в диапазоне глубин 0 — 50 м, или на 0,2 м при глубинах, больших 50 м. На рис. 28 проведены горизонтальные линии, параллельные оси абсцисс через 0,1 м. От точек пересечения этими линиями кривой колебания уровня проведены по вертикали пунктирные линии, с помощью которых на шкале t находят время начала и окончания действия соответствующей поправки \Delta Z_{f} . Полученные данные сводят в таблицу поправок \Delta Z_{f} и времени их действия.

7.5.1.2. При съемке значительных акваторий и обработке материалов на ЭВМ составление таблиц поправок рекомендуется производить по следующему алгоритму.

1. Выбирается группа f_{i}t_{i} при i = I (i = 1, 2, 3, ...) для данной даты Д. Определяется коэффициент j_{i} , характеризующий зону поправки

j_{i} =] \frac{f_{i} + \frac{1}{2} \Delta h}{\Delta h} [ , (7.5.1)

где ][ — означает целую часть числа X_{i} ; \Delta h — предельная погрешность колебания поправки за уровень, принимается за шаг таблицы поправок и назначается интервал кратным 5 см, 10 см и т.д.;

j_{i + 1} =] \frac{f_{i + 1} + \frac{1}{2} \Delta h}{\Delta h} [ . (7.5.2)

3. Определяется число пересекаемых границ поправок для разности f_{i + 1} - f_{i}

j_{i + 1} - j_{i} = n (7.5.3)

n = 0, (7.5.4)

которое определяет зону одной поправки для группы ( f_{i + 1} , t_{i + 1} , f_{i} , t_{i} ).

f_{i + 1} - f_{i}>0 (7.5.5)

5. Вычисляется величина H_{j} , характеризующая границу пересечения

(уровень повышается),

H_{j} = \Delta h(j_{i} - 1) + \frac{1}{2} \Delta h при f_{i + 1} - f_{i}<0

6. Вычисляется время изменения поправки и сама поправка по формулам:

t_{ij} = t_{i} + \frac{(H_{j} - f_{i})(t_{i + 1} - t_{i})}{f_{i + 1} - f_{i}} (7.5.7)

где H_{0} — отметка нуля поста в Балтийской системе.

Пример расчета представлен в таблице 8.

7.6. Расчет поправок для участка съемки, находящегося вне пределов действия уровенного поста

Количество зон следует устанавливать с таким расчетом, чтобы их протяженность обеспечивала расхождения высот уровня на краях зоны не более 0,1 м для диапазона глубин 0 — 50 м и не более 0,2 м при глубинах больших 50 м:

для глубин от 0 до 50 м K = 20\Delta h_{max} , (7.6.2)

для глубин более 50 м K = 10\Delta h_{max} , (7.6.3)

где \Delta h_{max} — максимальная разность превышений мгновенного уровня между постами 1 и 2 в метрах.

На морях без приливов \Delta h_{max} определяется по совмещенным графикам колебаний уровня за один и тот же период наблюдений на постах 1 и 2.

На морях с приливами \Delta h_{max} вычисляется по формуле 3.2.2.

При расчете количества зон на морях с приливами можно использовать и непосредственные наблюдения, в том случае, если в районах съемки, где разность фаз прилива на уровенных постах 1 и 2 не превышает 70 — 80°.

Вычисленные по формуле (7.6.1) поправки \Delta Z_{f} могут быть представлены в виде таблицы поправок, либо графиков поправок.

7.6.1.2. Расчет поправок за уровень \Delta Z_{f} между двумя уровенными постами линейной интерполяцией на момент времени t к измеренной глубине Z_{t} , расположенной в точке i с координатами X_{i}Y_{i} (если разность фаз прилива на постах A и B не превышает 2 часов), выполняется по формуле:

где \Delta Z_{fA} и \Delta Z_{fB} — поправки за уровень на постах A и B соответственно; X_{i}\prime — проекция положения глубины Z_{i} на базу AB; S_{AB} — расстояние между постами A и B.

Значение S_{AB} рассчитывается по формуле:

S_{AB} = \sqrt{\Delta X^{2} + \Delta Y^{2}} , (7.6.5)

где \Delta X = X_{B} - X_{A} ; \Delta Y = Y_{B} - Y_{A} ; X_{A} , Y_{A} , X_{B} , Y_{B} — координаты постов A и B.

Для вычисления расстояния X_{i}\prime переводят координатную систему XY в рабочую X'Y' таким образом, чтобы начало координат системы X'Y' совпадало с точкой A, а направление оси совпадало с линией AB. Тогда любая точка с координатами X_{i}Y_{i} будет переведена в рабочую систему по формуле:

X_{i}\prime = (X_{i} - X_{A})cos\alpha_{AB} + (Y_{i} - Y_{A})sin\alpha_{AB} ,

Y_{i}\prime = - (X_{i} - X_{A})sin\alpha_{AB} + (Y_{i} - Y_{A})cos\alpha_{AB} , (7.6.6)

а расстояние X_{i}\prime будет проекцией положения A_{i} на базу AB.

Рабочая система вычисляется один раз на район работ, что значительно упрощает вычислительный процесс по нахождению интерполируемого параметра Z_{fi} .

Реализация метода осуществляется следующим образом: с помощью методики, изложенной в п. 7.5.1, рассчитываются поправки \Delta Z_{fA} и \Delta Z_{fB} для поста A и B; после выбора из таблицы поправок \Delta Z_{fA}(t) и \Delta Z_{fB}(t) проверяется условие:

\Delta Z_{fA}(t) \neq \Delta Z_{fB}(t) . (7.6.7)

В случае выполнения условия (7.6.7) вычисляются поправки по формуле (7.6.4). В противном случае, то есть при равенстве поправок на постах A и B в момент (t) (так как интервалы квантирования стандартны), интерполяция не производится.

7.6.1.3. Определение поправок \Delta Z_{f} интерполированием по трем уровенным постам реализуется с помощью уравнения плоскости, записанного в виде определителя III порядка

(7.6.8)

где N(X, Y) — текущие точки внутри акватории, ограниченной периметром трех уровенных постов;

X_{i} , Y_{i} — прямоугольные координаты постов;

\Delta Z_{i} — поправки за колебания уровня на соответствующих постах в момент измерения глубины в текущей точке N;

\Delta Z_{f} — искомая поправка за колебание уровня на момент измерения глубины в точке N.

где \Delta X_{i} = (X_{i} - X_{1}) , \Delta Y_{i} = (Y_{i} - Y_{1}) , \delta Z_{i} = (\Delta Z_{i} - \Delta Z_{1}) .

Если количество постов в районе более трех, то весь контур разбивается на отдельные треугольники и для каждого из них, включающего точку N, получают поправку \Delta Z_{f} согласно (7.6.9). Вероятнейшее значение \Delta\overline{Z_{f}} получают обычными приемами.

Алгоритм, программа и инструкция вычисления поправок \Delta Z_{f} за колебания уровня по уравнению плоскости приведены в Приложении 15.

7.6.1.4. Способ градиентов полуприлива заключается в том, что на 3-х или большем числе УП, ограничивающих район съемки, фиксируются моменты и высоты последовательных экстремальных уровней прилива ( t_{\text{ПВ}} , h_{\text{ПВ}} , t_{\text{МВ}} , h_{\text{МВ}} ), что позволяет определить производные элементы приливной волны по направлениям T_{12} , T_{13} , ... T_{1n} с первого на все другие уровенные посты

где K_{1} , K_{2} , K_{3} — соответствующие элементы приливной волны на постах 1, 2, 3.

Затем вычисляют направление \tau и модуль g градиента приливной волны на акватории съемки

tg\tau = \frac{g_{3}cosT_{12} - g_{2}cosT_{13}}{g_{2}sinT_{13} - g_{3}sinT_{12}} , (7.6.11)

В качестве первого уровенного поста (УП) целесообразно использовать пост, на котором соответствующая фаза прилива наступает ранее других постов. При числе УП более 3-х возникают избыточные равенства типа (7.6.10), что позволяет обработать результаты методом наименьших квадратов (МНК) и получить более надежные значения модуля и направления элемента приливной волны на заданном отрезке времени.

При определении момента наступления полной воды t_{\text{ПВ}} заданной точке № под K_{i} понимают моменты полных вод на УП и вычисляют модуль g и направление \tau градиента перемещения полной воды.

Затем по g, \tau определяют скорость g_{N} распространения приливной волны по направлению T_{1N} к любой точке № с координатами (X, Y)

g_{N} = gcos(\tau - T_{1N}) , (7.6.13)

а затем и момент наступления экстремального уровня в этой точке:

Аналогичным приемом и по аналогичным формулам рассчитывают градиенты высот экстремальных уровней и получают их величину (h_{\text{ПВ}},h_{\text{МВ}})_{N} в точке N.

Это позволяет определить величину всех элементов, входящих в уравнение полуприлива

F_{N} = \frac{1}{2} (h_{\text{ПВ}} - h_{\text{МВ}})_{N}

m_{N} = \frac{1}{2} (h_{\text{ПВ}} + h_{\text{МВ}})_{N}

\Delta T_{N} = (t_{\text{ПВ}}) - (t_{\text{МВ}})_{N} .

Теперь на любой момент t, заключенный в промежуток (t_{\text{ПВ}} \div t_{\text{МВ}}) или (t_{\text{МВ}} \div t_{\text{ПВ}}) , можно рассчитать поправку (\Delta Z_{f}) по формуле

При наличии на борту быстродействующих ЭВМ поправки (\Delta Z_{f}) могут определяться в реальном масштабе времени для каждой информативной глубины Z_{N} . При обработке съемки традиционными средствами точки № могут располагаться на таких удалениях друг от друга, при которых поправка (\Delta Z_{f}) изменяется в допустимых пределах. Подобные точки называют фиктивными уровенными постами, а пределы (зоны) их действия могут быть установлены обычным приемом.

Для подтверждения того, что в районе съемки сохраняется одинаковый характер прилива, а также для контроля точности расчета поправок \Delta Z_{f} , в период работ устанавливают донный самописец уровня или судно с эхолотом, на которые передаются элементы полуприлива указанным приемом. Разности расчетных и наблюденных поправок позволяют оценить их точность и выбрать наиболее подходящую комбинацию уровенных постов.

Пример расчета, алгоритм, программа и инструкция приведены в Приложении 16.

7.6.2. Графическое определение поправок \Delta Z_{f} по зонам для общего случая, когда прилив на постах A и B неодинаков по высоте и фазе, но разность фаз не превышает допустимой, заключается в снятии поправок с графика с помощью специальных палеток. Для этого на миллиметровой бумаге строится совмещенный по нулям Балтийской системы высот график колебаний уровня на смежных постах A и B. Затем на прозрачном пластике или кальке через равные расстояния проводят лучи, количество которых равно числу зон. У каждого луча проставляется номер зоны, как показано на рис. 29.

(«О» БС) график колебаний уровня на постах A и B.

Для получения поправки \Delta Z_{f} , соответствующей моменту t, лучевая палетка накладывается на график таким образом, чтобы крайние ее лучи совпадали с кривыми уровня на момент t. На рис. 29 величина поправки \Delta Z_{f} показана для 3-й зоны при t = 14 ч 20 мин.

7.7. Вычисление негармонических постоянных

7.7.1 Определение негармонических постоянных осуществляется тремя основными приемами:

• по гармоническим постоянным, когда их надежность подтверждена в процессе сравнения предвычисленных и наблюденных высот, а их средняя разность не превосходит 0,1 величины прилива;

• по уравнению регрессии (метод сравнения) с использованием аналитического или графического решения.

Для приливов различного характера негармонические постоянные вычисляются неодинаково. При этом углы положения даются в варианте местного времени (K).

7.7.1.1. При съемке на акваториях с полусуточным характером приливов, определяемым отношением 0< \frac{H_{\text{К}_{1}} + H_{01}}{H_{\text{М}_{2}}} <0,5 , вычисляют:

(7.7.1)

• возраст полусуточного прилива в средних часах:

\tau(S_{2},M_{2}) = 0,984(K_{S_{2}} - K_{M_{2}}) ; (7.7.2)

• возраст параллактического прилива в средних часах

• время падения T_{\text{П}} и время роста T_{\text{Р}} по результатам наблюдений за 15 или 30 суток, как средние величины промежутков времени от \theta_{\text{ПВ}} до \theta_{\text{МВ}} (T_{\text{П}}) и от \theta_{\text{МВ}} до \theta_{\text{ПВ}} (T_{\text{Р}}) . В качестве контроля используется условие T_{\text{П}} + T_{\text{Р}} = 12\text{час }25\text{мин} \pm 2\text{мин} ;
• средняя величина полусуточного прилива (Приложение 17)

; (7.7.4)

CB_{\text{СЗ}} = [CB - \frac{H_{S_{2}}^{2}}{2H_{M_{2}}}] + [1,96 - 0,08(\frac{H_{K_{1}} + H_{0_{1}}}{H_{M_{2}}})^{2}]H_{S_{2}} ; (7.7.5)

7.7.1.2. Для неправильных полусуточных приливов (0,5< \frac{H_{K_{1}} + H_{0_{1}}}{H_{M_{2}}} <2) по формулам полусуточных приливов вычисляют:

• средние прикладные часы полной и малой воды;
• возраст полусуточного и параллактического прилива;
• время падения и роста уровня;
• средние величины полусуточного, сизигийного и квадратурного приливов.

Дополнительно вычисляют возраст суточного прилива по формуле

\tau(0_{1},K_{1}) = 0,911(K_{K_{1}} - K_{0_{1}}) . (7.7.7)

7.7.1.3. Для мелководных полусуточных приливов вычисляют негармонические постоянные, относящиеся к полусуточным приливам с некоторыми изменениями (кроме возраста прилива):

(7.7.8)

(7.7.9)

• средняя величина полусуточного мелководного прилива СВ' (Приложение 17):

где СВ получают по формуле (7.7.4) для правильного полусуточного прилива;

• средняя величина сизигийного мелководного прилива CB\prime_{\text{СЗ}}

CB\prime_{\text{СЗ}} = [CB\prime - \frac{H_{S_{2}}^{2}}{2H_{M_{2}}}] + [1,96 - 0,08(\frac{H_{K_{1}} + H_{0_{1}}}{H_{M_{2}}})^{2}]H_{S_{2}} ; (7.7.11)

CB\prime_{KB} = [CB\prime - \frac{H_{S_{2}}^{2}}{2H_{M_{2}}}] - [1,96 - 0,08(\frac{H_{K_{1}} + H_{0_{1}}}{H_{M_{2}}})^{2}]H_{S_{2}} . (7.7.12)

7.7.1.4. Для смешанных (неправильных суточных) приливов 2,0< \frac{H_{K_{1}} + H_{0_{1}}}{H_{M_{2}}} \leq 4 по формулам для полусуточных и неправильных полусуточных приливов вычисляются:

• средние высоты высокой полной и низкой малой воды тропического прилива (при наибольшем северном и южном склонении Луны).

Дополнительно определяется средняя величина равноденственного прилива, которая в зависимости от суточных неравенств может быть суточной или полусуточной. При больших суточных неравенствах в расчет принимается только одна величина прилива за сутки:

Если суточные неравенства невелики или вовсе отсутствуют, величину полусуточного равноденственного прилива за сутки вычисляют по формуле

CB_{\text{Р}} = \text{ПВ}_{O} - \text{МВ}_{O} . (7.7.14)

7.7.1.5. Для суточных приливов (\frac{H_{K_{1}} + H_{0_{1}}}{H_{M_{2}}} >4) по формулам для полусуточных и смешанных приливов вычисляют:

• возраст полусуточного, суточного и параллактического приливов и среднюю величину равноденственного прилива:
• средние высоты высокой полной воды и низкой малой воды тропических приливов относительно СУМ получают по формулам:

; (7.7.16)

• средняя (большая) величина тропических приливов

Если величина H_{M_{2}} мала по сравнению с (H_{K_{1}} + H_{0_{1}}) , то расчет можно вести по формуле

CB_{T\text{Р}} = 2,042(H_{K_{1}} + H_{0_{1}}) (7.7.18)

7.7.2. Вычисление негармонических постоянных при обработке приливов методом сравнения.

7.7.2.1 Возможности метода сравнения позволяют использовать его для эффективного решения нескольких задач:

• определение поправок времен на дополнительных и временных УП относительно основных пунктов;

• определение основных элементов прилива на дополнительных пунктах.

7.7.2.2. Возможность применения метода сравнения определяется степенью подобия приливов на основном и дополнительном (временном) УП: в пределах акватории, обеспечиваемой уровенными постами, должен сохраняться характер приливов и одинаковый режим сгонно-нагонных колебаний уровня.

Эти обстоятельства должны быть подтверждены соблюдением условий сравнимости, выраженных с помощью гармонических постоянных.

Ниже приведены необходимые соотношения, в которых в квадратных скобках помещены элементы основного пункта, а без скобок соответствующие элементы дополнительного пункта.

\frac{H_{S_{2}}}{H_{M_{2}}} \_\_\_\_[]@ \frac{H_{S_{2}}}{H_{M_{2}}} ; \frac{[H_{K_{1}} + H_{0_{1}}]}{[H_{M_{2}}]} @ \frac{H_{K_{1}} + H_{0_{1}}}{H_{M_{2}}} .

2. Дополнительно при значительных суточных составляющих:

[g_{M_{2}}^{0} - (g_{K_{1}}^{0} + g_{0_{1}}^{0})]@g_{M_{2}}^{0} - (g_{K_{1}}^{0} + g_{0_{1}}^{0}) ;

[\frac{H_{0_{1}}}{H_{K_{1}}}]@ \frac{H_{0_{1}}}{H_{K_{1}}} .

3. Дополнительно при мелководных составляющих:

\frac{H_{\text{М}_{4}}}{H_{M_{2}}} \_\_\_\_[]@ \frac{H_{0_{1}}}{H_{K_{1}}} ; [2K_{M_{2}} - K_{M4}]@2K_{M_{2}} - K_{M4} ;

\frac{H_{\text{М}_{6}}}{H_{M_{2}}} \_\_\_\_[]@ \frac{H_{\text{М}_{6}}}{H_{M_{2}}} ; [3K_{M_{2}} - K_{M6}]@3K_{M_{2}} - K_{M6} .

4. Количественные оценки наличия устойчивого подобия приливов:

где ч — коэффициент корреляции сравниваемых величин; \epsilon_{\text{У}} — средняя квадратическая погрешность уравнения регрессии для высот прилива.

Пример аналитического решения уравнения регрессии помещен в Приложении 13.

Графическое решение осуществляется на миллиметровой бумаге путем нанесения высот полных и малых вод по прямоугольным координатным осям, где высоты соответственных вод основного поста откладываются по абсциссе X, а высоты дополнительного поста по ординате Y.

7.7.2.3. Коэффициент прилива «K», используемый для расчета уровней в уравнении регрессии (7.4.11), может быть получен также с помощью негармонических постоянных:

K = \frac{CB}{(CB)_{0}} , (7.7.19)

где СВ — средняя величина прилива на временном УП;

Для правильных полусуточных приливов среднюю величину прилива (СВ) можно получить непосредственно из наблюдений:

либо по формуле (7.7.4).

Для суточных приливов коэффициент K можно получить по формуле

либо с помощью постоянной величины прилива \lambda

по CB_{\text{СЗ}} (см. формулу 7.7.5)

\lambda = 0,532CB_{\text{СЗ}} (7.7.23)

7.7.2.4. Поправки времени, т.е. разность времени наступления одних и тех же полных и малых вод на двух уровенных постах, определяются путем вычисления. Для этого образуется разность времен наступления соответствующих вод двух уровенных постов (момент во временном пункте минус момент на постоянном пункте) и вычисляется средняя величина отдельно для полных и малых вод.

Поправки времен, вычисленные по среднему местному времени, могут быть переведены в поправки по поясному времени по формуле:

\Delta\theta_{\text{поясн}.} = \Delta\theta_{\text{ср}.\text{местн}.} + (\lambda\prime\prime - \lambda\prime) - (S\prime\prime - S\prime) , (7.7.24)

где \Delta\theta_{\text{поясн}.} — поправка полной воды по поясному времени;

\Delta\theta_{\text{ср}.\text{местн}.} — то же по местному времени;

\lambda\prime\prime и \lambda\prime — долготы мест временного и постоянного пунктов, выраженные в часах;

S» и S' — долготы центральных меридианов пояса временного и постоянного пунктов (в часах).

Долготы \lambda и S восточнее меридиана Гринвича берутся со знаком минус, западнее — со знаком плюс. Правильность вычисления поправок времен и определение их знака проверяется графическим путем.

За окончательный результат принимаются поправки, вычисленные аналитически.

7.7.2.5. Определение поправок времен графическим путем производится следующим образом. На миллиметровой бумаге проводятся координатные оси и по оси абсцисс откладываются моменты полных вод постоянного уровенного поста, а по оси ординат моменты соответствующих полных вод временного поста (рис. 30).

Рис. 30. График связи времен полных вод

Через полученные точки проводится прямая линия, которая располагается под углом 45° к горизонтальным осям. Эта прямая пересечет ось ординат в точке, которая определит поправку времен полных вод. Если точка пересечения получится выше начала координат, поправка имеет знак плюс, если ниже — знак минус.

7.8. Предвычисление приливов по гармоническим постоянным

7.8.1. Предвычисление приливов осуществляют либо с целью проверки гармонических постоянных, либо для восстановления пропусков в наблюдениях.

Для предвычисления высоты прилива по гармоническим постоянным H, g используется формула:

где m_{0} — высота среднего уровня моря на данном посту относительно принятого нуля отсчета. На всех морях СССР в качестве нуля отсчета принимается единый нуль постов, представляющий собой горизонт, лежащий ниже нуля Кронштадтского футштока на 5000 мм [единый нуль постов в Балтийской системе высот (БСВ)];

H_{i} — средняя амплитуда «i» приливной волны;

f_{i} — редукционный множитель для «i» приливной волны;

t — время, отсчет которого ведется от «0» часов (полночи);

(V_{0} + U) — астрономическая часть фазы, соответствующая промежутку времени от момента кульминации фиктивного светила на заданном меридиане до нуля часов по времени того же меридиана в первый день наблюдений (предвычислений);

g_{i}^{0} — постоянная часть фазы, называемая углом положения, и соответствующая промежутку времени между моментом кульминации фиктивного светила на меридиане, по которому ведется счет времени, и моментом наступления наибольшего уровня, вызванного «i» составляющей прилива.

7.8.2. Астрономическая часть фазы и угол положения зависят от выбранной системы счета времени. Используют две системы счета времени: поясное и местное. Соответственно этому астрономические части (V_{0} + U) и углы положения g^{0} должны быть выражены в том же поясном или местном времени. Тогда, обозначив через K' угол положения, выраженный в поясном времени, и через K — в местном, получим следующие расчетные формулы:

• для поясного времени

\text{поясн}.(V_{0} + U) = \text{грин}.(V_{0} + U) + (\frac{q^{0}}{15} - p)S^{0} ,

где \lambda^{0} — долгота места;

S^{0} — долгота пояса;

p — число периодов волны в сутки (для суточных p = 1, для полусуточных p = 2 и т.д.);

h = m_{0} + fHcos[qt_{M} + \text{мест}.(V_{0} + U) - K] ,

\text{мест}.(V_{0} + U) = \text{грин}.(V_{0} + U) + (\frac{q^{0}}{15} - p)\lambda^{0} ,

В таблицах, используемых в Руководстве по обработке приливов, а также в ежегодниках приливов астрономические части фаз приводятся в гринвичском времени. При наблюдении на уровенных постах и в «Таблицах приливов» фиксируется поясное время. Поэтому для упрощения расчетов пользуются специальными углами положения g^{0} , которые получают по формуле:

g^{0} = K\prime + (p - \frac{q^{0}}{15})S^{0} . (7.8.4)

Тогда

h = m_{0} + \sum fHcos[qt_{n} + \text{грин}.(V_{0} + U) - g^{0}] . (7.8.5)

Специальные углы положения g^{0} и постоянные части амплитуд H даются в каталогах, справочниках и в «Таблицах приливов» для вековых и постоянных уровенных постов.

7.8.3. Алгоритм предвычисления ежечасных высот уровня по известным гармоническим постоянным H, g с помощью микрокалькуляторов типа «Электроника» представляется общим уравнением (7.8.5):

и реализуется в два этапа.

На первом этапе с помощью таблиц осуществляется вычисление начальных аргументов и амплитуд. Расчеты ведутся в последовательности, которая представлена таблицей 1 (Приложение 18) и предусматривают использование девяти волн, вносящих основной вклад в величину и характер прилива.

А. Редукционные множители f для каждой волны выбираются из таблицы 2 Приложения 18 для середины года. Затем линейным интерполированием определяется поправка \Delta f для начала месяца, ближайшего к середине времени предвычисления.

Б. Значение начального астрономического аргумента (V_{0} + U) выбирается из таблицы 3, где эта величина дается в среднюю гринвичскую полночь 1 января текущего года. Вычтя из начального аргумента (V_{0} + U) угол положения волны g^{0} , получают начальный аргумент \psi^{0} волны в 0 часов 1 января соответствующего года для гринвичского времени.

В. Для определения аргумента каждой волны прилива в 0 часов первого дня предвычислений используют поправку \mu^{0} , представляющую собой число средних часов, истекших от полуночи 1 января за вычетом кратного периода волны.

\mu^{0} = (24n - p)q^{0}

n — число истекших дней;

p — период волны в часах;

q^{0} — угловая скорость волны.

Для волн M_{2,4,6} ; N_{2} ; \text{О}_{1} ; P_{1} ; Q_{1} ; M_{S_{4}} поправка вычисляется умножением на «n — 1»;

• для волн \text{К}_{1} , K_{2}

\mu_{K_{1}} = 0,9852n ,

\mu_{K_{2}} = 1,97041n .

Волна S_{2} имеет период, равный 24 часам. Поэтому в каждую полночь arg будет равен значению, которое наблюдалось в полночь 1 января.

Значения P и q приведены ниже в таблице 9.

Таблица 9

Для получения arg в каждый последующий час к начальному аргументу каждой волны добавляется угловая скорость в один средний час q, округляемая до сотых долей градуса. Если величина аргумента больше 360°, то из нее вычитается 360°.

Последующие расчеты производят с помощью МК-52 на основе формулы:

Программа, инструкция по ведению расчетов, исходные данные и результаты вычислений представлены в Приложении 18.

7.8.4. При ведении расчетов с помощью программируемых микрокалькуляторов, когда подготовка исходных данных ведется согласно таблице 1 Приложения 18, вместо расчета \mu^{0} по формуле (7.8.7) целесообразно использовать готовые табличные данные, помещенные в этом Приложении.

Величину начального астрономического аргумента \text{Гр}.(V_{0} + U) на 1 января текущего года выбирают из таблицы 3.

Поправку \mu в градусах для начала каждого месяца получают из таблицы 4.

Для приведения к числу месяца по таблице 5 выбирают приращение \Delta\mu . Тогда величина аргумента на 0 часов каждого дня месяца будет представлена суммой

arg = \psi^{0} + \mu^{0} + \Delta\mu (7.8.9)

7.9. Отображение результатов учета сведений о колебаниях уровня

7.9.1. Сведения по учету колебаний уровня реализуются при составлении съемочного оригинала, в основном для картографической интерпретации подводного рельефа в виде абсолютных отметок дна в Балтийской системе высот.

Перечень правил картографического отображения информации съемочных работ и образцы оформления топографических карт шельфа и внутренних водоемов приведены в отдельно изданном Приложении 11 к Инструкции ГКИНП-11-152-82 [9] - «Дополнительные условные знаки для топографических карт шельфа и внутренних водоемов. Образцы карт».

7.9.2. Сведения о соотношении Балтийской системы высот и принятых отсчетных уровней глубин акватории следует подписывать за нижней рамкой листа карты в редакции:

• «наинизший теоретический уровень моря ниже нуля Кронштадтского футштока на м»;
• «средний многолетний уровень моря ниже нуля Кронштадтского футштока на м»;
• «средний многолетний уровень моря соответствует нулю Кронштадтского футштока» (только для карт Балтийского моря);
• «средний навигационный уровень моря ниже нуля Кронштадтского футштока на м» (только для карт морей Северного Ледовитого океана);
• «средний меженный уровень (озера) выше (ниже) нуля Кронштадтского футштока на м» (для карт озер и рек);
• «нормальный подпорный горизонт (водохранилища) выше (ниже) нуля Кронштадтского футштока на м» (для карт водохранилища);
• «средний многолетний уровень затопления (водохранилища) выше (ниже) нуля Кронштадтского футштока на м» (только для карт водохранилищ, в которых в течение многих лет уровень воды не достигает проектной отметки нормального подпорного горизонта: значение отметки уровня дается по указанию гидротехнических служб);
• «нуль глубин соответствует отметке (уреза) м» (для карт внутренних водоемов).

7.9.3 Высота объектов над поверхностью воды и глубина над объектами указывается:

• от нормального подпорного горизонта (НПГ) на водохранилищах с навигационными сработками до 0,5 м;

1. <a id="p101761"></a>Наименование объекта _______________________________________________

2. <a id="p101762"></a>Местоположение (см. чертеж N) ______________________________________

                                     (административная

         принадлежность, границы объекта, название УП и их

координаты)

3. <a id="p101763"></a>Заказчик ___________________________________________________________
                                (полное наименование)

4. <a id="p101764"></a>Основание для выдачи задания _______________________________________

                                    (наименование и номер

документа на основании которого выдано задание)

5.  <a id="p101765"></a>Основные  проектные  и  технические  задачи,  для  решения  которых

необходимы данные о колебаниях уровня _____________________________________

6. <a id="p101766"></a>Сведения о наличии материалов ранее выполненных измерений __________

    (организация, наименование отдела, авторы, год выполнения)

7. <a id="p101767"></a>Необходимые данные для съемочных работ _____________________________

(средний уровень моря, НТУ, гармонические постоянные, тип прилива и т.п.)

8.  <a id="p101768"></a>Требования  к  точности,  надежности  и обеспеченности определяемых

характеристик колебаний уровня ____________________________________________

9. <a id="p101769"></a>Сроки и порядок представления отчетных материалов __________________

10.  <a id="p101770"></a>Основные  или  дополнительные  требования  к устройству уровенного

поста или отчетным материалам _____________________________________________

___________________________________________ (должность) (подпись) (фамилия)

_________________ (дата)

ВИДЫ КОНТРОЛЯ МАТЕРИАЛОВ И ПРИНЦИПЫ ОЦЕНКИ

пункта, почтовый адрес)

Я, нижеподписавшийся __________________________________________________ (фамилия, имя и отчество сдавшего,

должность, наименование учреждения, почтовый адрес)

на основании постановления Совета Министров СССР от 17.03.1983 «Об охране геодезических пунктов» СДАЛ и я, нижеподписавшийся ________________________

                     (наименование учреждения)

ПРИНЯЛ для наблюдения за сохранностью геодезические пункты, расположенные

       (наименование административного или местного органа)

в количестве ________ пунктов согласно списку, помещенному на обороте акта.

Акт составлен в двух экземплярах.

Первый экземпляр акта вручен __________________________________________

                                  (фамилия, имя и отчество<br>

сдавшего)

принявшего пункты)

Администрация _________________________________________________________ (наименование учреждения, принявшего ___________ обязуется в случае повреждения или уничтожения пункты) геодезических пунктов немедленно составить акт о случившемся факте, один экземпляр которого выслать в ______________________________________________ (наименование ________________________________ территориальную инспекцию Госгеонадзора территориальной инспекции) по адресу _________________________________________________________________ (почтовый адрес территориальной инспекции

Госгеонадзора)

    При   умышленном  повреждении  или  уничтожении  геодезических  пунктов
(центров  или  наружных знаков) административные органы привлекают виновных

лиц к ответственности в соответствии с действующим законодательством.

Оборотная сторона акта о сдаче геодезических пунктов для наблюдения за сохранностью

Список геодезических пунктов, принятых для наблюдения за сохранностью

Сдал ______________________ (подпись)

Принял ____________________ (подпись)

Приложение 7 к п. 5.1.4

Погода: ясно, слабый ветер

Номера штатива и реек	Дальномерные расстояния до задней и передней реек	Отсчеты по рейке		Превышение, мм	Среднее превышение, км
		задняя	передняя
1	2	3	4	5	6
	375(7)	ч1185(1)в чч1560(2)с к6247(6)с 4687(9)	1058(3)в 1430(4)с 6217(5)с 4787(10)	+130(13) +30(12) +100(14)	+130(13)
\frac{2}{1 - 2}	460 464	805 1265 6052 4787	1008 1472 6159 4687	-207 -107 -100	-207
\frac{3}{2 - 1}	324 326	596 920 5607 4687	777 1103 5890 4787	-183 -283 +100	-183
\frac{4}{1 - 2}	275 274	719 994 5781 4787	1019 1293 5982 4689	-299 -201 -98	-300
\frac{5}{2 - 1}	352 352	910 1262 5949 4687	1043 1395 6182 4787	-133 -233 +100	-133
\frac{6}{1 - 2}	402 399	860 1262 6049 4787	729 1128 5813 4685	+134 +236 -102	+135
Контрольные вычисления	4375(21)	42948(15) -44064(16) -1116(19)	44064(16)	-1116(17) -558(20)	-558(18)
\frac{7}{2 - 1}	190 191	657 847 5534 4687	894 1085 5872 4787	-238 -338 +100	-238
\frac{8}{1 - 2}	380 380	1544 1924 6711 4787	615 995 5681 4686	+929 +1030 -101	+930
\frac{9}{2 - \text{стен}.}	418 418	524 942 1070 <*> 128	-763 -345 +213 <*> 132	+1287 +1283	+1285
Контрольные вычисления	1977	17028 13075 +3953	13075	+3953 +1976,5	+1977
Подсчет по секции от грунт. реп. 606 до стен. марки 23
	6352(21)	59976(15) 57139(16) +2837(19)	57139(16)	+2837(17) +1418,5(20)	+1419(18)

В районе съемки с глубинами до 200 м расположены три постоянных береговых уровенных поста. Зоны действия постов не обеспечивают определение поправок на всем участке съемки. На острове № имеется постоянный уровенный пост, который не имеет отметок в Балтийской системе высот. Для обеспечения промерных работ и развития нивелирной сети на острове № выполняется водное нивелирование.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Вблизи уровенного поста X имеются уровенные посты Вирта, Усть-Аракан, Мыс Рубина, которые расположены на материковом побережье к юго-восточной части моря. Реперы этих УП включены в государственную нивелирную сеть I, II, III классов. Сведения об этих реперах приведены в табл. 1, которая составлена на основании сводных каталогов высот пунктов нивелирования.

Таблица 1

2.1 Анализ материалов нивелирования

Анализ материалов нивелирования производится с целью выявления неизменности высотного положения реперов, а также контроля принятых отметок и поправок для приведения наблюденных уровней к принятым нулям постов.

В результате проведенного анализа установлено следующее:

1. На УП Мыс Рубина в разные годы были заложены 3 репера, которые имеются в наличии (Гр. рп. 3 ГМС, Фнд. рп. 9999, Гр. рп. 5 ГМС) и по данным повторных нивелировок они устойчивы.

Принятые на УП Мыс Рубина высоты реперов и нуля поста получены из нивелирования III класса. Поэтому в качестве исходных принимаются реперы Фнд. рп. 9999 и Гр. рп. 3 — ГМС (табл. 1), а в отметку нуля поста вносится поправка — 0,016 м за нивелирование II класса.

2. На УП Усть-Аракан в разные годы были заложены реперы, которые имеются в наличии (Гр. рп. 3 ГМС 8482, Фнд. рп. 7979 и Гр. рп. 1 ГМС).

Нуль поста имеет отметку: +24,132 в Балтийской системе высот 1977 г. по выписке территориального управления по гидрометеорологии и контролю природной среды, а по данным каталога гидрометеорологических условий высота нуля поста составляет: +24,057. По результатам анализа нивелировок за исходный нуль поста принимается нуль поста: +24,132 м. В качестве исходных принимаются реперы 3 ГМС 8482 и 7979.

3. На УП Вирта реперы (Фнд. рп. 5087 и Гр. рп. 8071) по результатам повторных нивелировок устойчивы.

Нуль поста имеет отметку: +26,625 м в Балтийской системе высот 1977 года. Превышение нуля поста над репером 5087 равно +4,010. Принятые на УП Вирта высоты реперов и нуля поста соответствуют нивелированию III класса. Поэтому в качестве исходных принимаются № 8071 и Фнд. рп. 5087, а в отметку нуля поста вносится поправка — 0,109 м за нивелирование I класса.

4. На УП X проведенным обследованием реперов, заложенных в районе поста установлена утрата Гр. рп. № 1.

Превышение над нулем поста репера, полученное из нивелирования II класса равно +19,882 м в Балтийской системе высот 1977 г. Грунтовый репер № 8816 принят за исходный.

Результаты анализа материалов нивелирования приведены в табл. 2.

Таблица 2

2.2 Анализ материалов измерений

m_{X} = \frac{\sum m_{\text{ГХ}}}{n} = 235 ; m_{Y} = \frac{\sum m_{\text{Г}Y}}{n} = 268 ;

A = \sum a^{2} - \frac{(\sum a)^{2}}{n} = 608 - \frac{64}{21} = 605

B = \sum b^{2} - \frac{(\sum b)^{2}}{n} = 816 - \frac{100}{21} = 811

D = \sum ab - \frac{\sum a \sum b}{n} = 582 - \frac{80}{21} = 578

\text{ч} = \frac{D}{\sqrt{A - B}} = \frac{578}{\sqrt{490655}} = 0,83

Коэффициент корреляции ч не удовлетворяет условию (5.2.5), поэтому проверяем условие связи постоянных постов: УП Усть-Аракан и УП Вирта.

Вычисленный коэффициент корреляции ч между этими постами равен 0,87 и удовлетворяет условию (5.2.5). Следовательно, можно заключить, что ошибки присутствуют в наблюдениях УП X.

2. Определяем поправку \Delta m_{\text{ГВ}} в соответствии с (5.2.3) для УП X.

\Delta m = \frac{1}{n} (\sum m_{\text{Г}l}^{u} - \sum m_{\text{Г}l}^{6}) = \frac{4927 - 5618}{21} = - 33

Окончательные средние годовые уровни, принятые к дальнейшей обработке, сводятся в таблицу с указанием по каким годам они восстановлены.

2. Определение поправок за вертикальное смещение земной коры.

Так как количество лет наблюдений превышает 10, необходимо определить поправки за вертикальные смещения земной коры.

Результаты расчета представлены в таблице 6.

m_{\text{Г}} = 0,427X + 234,81 ; \text{СМУ}_{\text{К}} = 239,0

4. Вычисление средних многолетних уровней с оценкой точности.

Вычисление средних многолетних уровней производится в соответствии с п. 7.4 и Приложением 13.

Результаты расчета

УП X:

\text{СМУ}_{X} = 239,0

m_{X} = 4,70

M = 1,02

УП Усть-Аракан:

\text{СМУ}_{Y} = 268,0

m_{Y} = 6,38

M = 1,39

\text{ч}_{X/Y} = 0,88

УП Вирта:

\text{СМУ}_{B} = 32,0

m_{B} = 4,88

M = 1,06

\text{ч}_{X/B} = 0,86

УП Мыс Рубина:

\text{СМУ}_{M} = 110,0

m_{M} = 8,61

M = 1,88

\text{ч}_{X/M} = 0,87

5. Вычисление превышений между нулями уровенных постов и определение высоты определяемого репера.

Превышение между нулями уровенных постов определяется как разность отсчетов средних уровней на соответствующих постах.

Таблица 7